KR20120050896A - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치 - Google Patents

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치 Download PDF

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Abstract

반응 생성물이나 분해물이 노즐 내벽에 퇴적하는 것을 억제하는 것과 함께, 이물질이 처리실 내에 비산하는 것을 억제한다. 처리실; 가열 유닛; 원료 가스 공급 유닛; 원료 가스 노즐; 배기 유닛; 및 적어도 가열 유닛, 원료 가스 공급 유닛, 배기 유닛을 제어하는 제어부;를 포함하고, 원료 가스 노즐은, 처리실 내의 온도가 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 제1 처리 가스가 분해하지 않는 처리실 내의 소정 위치에 배설되고, 제어부는 다른 유속으로 서로 혼합시키지 않도록 처리실 내에 제1 처리 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시시킨다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치에 관한 것이다.
ALD(Atomic Layer Deposition)법에서는, 예컨대 막의 원료가 되는 원료 가스 및 반응 가스가 처리실 내에 교호적(交互的)으로 공급되어, 1 원자층 만큼의 박막이 순차적으로 적층되는 것에 의해 기판 상에 소정의 막이 형성된다. ALD법에 의해 형성되는 막으로서는, 예컨대, 원료 가스로서의 TMA(Trimethylaluminium)가스와, 반응 가스로서의 오존(O3) 가스에 의해 형성되는 산화알루미늄 막(AlO막) 등을 들 수 있다. 이 산화알루미늄 막은, 고(高)유전율막(High-k막)으로서 기능한다.
1. 일본공개공보 특개평8-115883호. 2. 일본공개공보 특개2006-13490호.
TMA가스와 오존 가스를 이용한 ALD법은, 처리실 내의 온도를 200℃?400℃정도로 설정하여 실시되는 경우가 있다. 단, 이러한 처리 온도에서는, 원료 가스나 반응 가스를 구성하는 탄소(C) 원자, 수소(H) 원자가 불순물로서 막 중에 잔류하는 일이 있어, 막의 유전율이 저하하거나 리크(leak) 전류가 증가하는 등, 고유전율 막으로서의 기능이 저하해버리는 경우가 있었다. 그로부터, 막 중의 불순물을 저감시키기 위해서, 예컨대 550℃정도까지 처리 온도를 상승시켜서 기판 처리가 실시되었다.
그러나, 처리 온도를 고온으로 하면, 노즐 내가 고온 고압 상태가 되어, 원료 가스가 노즐 내에서 열분해 되는 일이 있었다. 예컨대, 원료 가스로서 TMA가스를 이용한 경우, 노즐 내에서는, 알루미늄(Al) 원자끼리의 CVD(Chemical Vapor Deposition) 반응에 의해서 반응 생성물이 형성되는 일이 있었다. 또는, 반응 생성물이나 TMA가스의 분해물이 노즐 내벽에 퇴적하여 노즐이 막히는 일이 있었다. 또한, 이러한 반응 생성물이나 분해물이 노즐 내벽으로부터 벗겨지는 등에 의하여 생성된 이물질이 처리실 내에 비산(飛散)하여, 기판에 부착함에 따라 기판 처리 품질의 저하를 초래하는 일이 있었다.
본 발명은, 반응 생성물이나 분해물이 노즐 내벽에 퇴적하는 것을 억제하는 것과 함께, 이물질이 처리실 내에 비산하는 것을 억제하는 것이 가능한 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이러한 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법에 의해, 이물질의 혼입이 적고 고품질의 박막을 구비한 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 복수 매의 기판을 수평 자세로 적층한 상태에서 수용하는 처리실; 상기 처리실의 외측에 설치되고, 상기 처리실 내를 가열하는 가열 유닛; 제1 처리 가스를 공급하는 원료 가스 공급 유닛; 상기 원료 가스 공급 유닛과 접속되고, 상기 원료 가스 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 원료 가스 노즐; 상기 처리실 내를 실질적으로 수평 방향으로 배기하는 배기 유닛; 및 적어도 상기 가열 유닛, 상기 원료 가스 공급 유닛, 상기 배기 유닛을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 원료 가스 노즐은, 상기 처리실 내의 온도가 상기 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실 내의 소정 위치에 배설(配設)되고, 상기 제어부는, 다른 유속으로 서로 혼합시키지 않도록 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
수평 자세로 적층된 복수 매의 기판을 처리실 내에 수용하는 기판 반입 공정; 상기 처리실 내의 온도가 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실 내의 소정 위치에 배설된 원료 가스 노즐로부터, 제1 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급 공정; 상기 원료 가스 노즐로부터, 상기 제1 유속과는 다른 제2 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급 공정; 상기 기판의 적층 방향을 따라 상기 처리실 내에 배설된 반응 가스 노즐로부터, 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 공정; 상기 처리실 내를 실질적으로 수평 방향으로 배기하는 배기 공정; 및 처리가 완료된 상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 기판 반출 공정;을 포함하고, 상기 제1 원료 가스 공급 공정, 상기 제2 원료 가스 공급 공정, 상기 반응 가스 공급 공정을 1 사이클로 하고 상기 사이클을 소정 횟수 실시하여 상기 기판 상에 소정의 막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
적층된 복수 매의 기판을 수용하는 처리실 내의 온도가 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실 내의 소정 위치에 배설된 원료 가스 노즐로부터, 제1 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급 공정; 상기 원료 가스 노즐로부터 상기 제1 유속과는 다른 제2 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급 공정; 및 상기 기판의 적층 방향을 따라 상기 처리실 내에 배설된 반응 가스 노즐로부터 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 공정;을 1 사이클로 하고 상기 사이클을 소정 횟수 실시하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 반응 생성물이나 분해물이 노즐 내벽에 퇴적하는 것을 억제하는 것과 함께, 이물질이 처리실 내에 비산하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 기판으로의 이물질의 부착을 억제하여 기판 처리 품질의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 처리로(處理爐)의 종단면도(縱斷面圖)이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 이너 튜브의 사시도이며, 가스 배기구가 구멍 형상인 경우를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 튜브의 횡단면도이며, 이너 튜브에 노즐 수용부가 설치되어 있는 경우를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 튜브 내에 생성되는 가스류를 예시하는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우 챠트이다.
도 7a 내지 도 7d는 웨이퍼 상에 산화 알루미늄 막이 형성되는 모양을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 가스 공급 모양을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태의 가스 공급에 따른 타이밍 차트이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우 챠트이다.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 원료 가스 공급의 모양을 모식적으로 나타내는 도면이며, 도 11a는 원료 가스의 유속을 제1 유속으로 한 경우, 도 11b는 원료 가스의 유속을 제1 유속보다 큰 제2 유속으로 한 경우를 각각 도시한다.
도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 타이밍 챠트이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 TMA가스 공급 시퀀스 및 처리 조건을 종래와 비교하여 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우 챠트이다.
도 15a 내지 도 15b는 본 발명의 제3 실시 형태의 가스 공급에 따른 타이밍 차트이다.
도 16은 본 발명의 그 외의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 튜브의 횡단면도이며, 처리실 내에 노즐 수용부가 설치되어 있지 않은 경우를 도시하고 있다.
도 17은 종래의 기판 처리 장치의 개략 및 내부에 반응 생성물이나 분해물이 퇴적한 원료 가스 노즐을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제2의 실시 형태의 실시예와 종래예를 대비시키면서, 노즐 내에 있어서의 분해물의 퇴적의 유무와, 산화알루미늄 막의 막 특성을 도시하는 도면이다.
도 19a 내지 도 19b는 내부에 분해물이 퇴적한 원료 가스 노즐의 예를 도시하는 설명도이다.
도 20a 내지 도 20b는 내부에 분해물이 퇴적한 원료 가스 노즐의 예를 도시하는 설명도이다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
(1) 기판 처리 장치의 구성
우선, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(101)의 구성예에 대해서, 도 1 및 도 5를 이용하여 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(101)의 개략 구성도이다. 도 5는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 튜브 내에 생성되는 가스류를 예시하는 모식도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(101)는 광체(111, 筐體)를 구비하고 있다. 실리콘 등으로 이루어지는 기판으로서의 웨이퍼(200)를 광체(111) 내외로 반송하기 위해서는, 복수의 웨이퍼(200)를 수납하는 웨이퍼 캐리어(기판 수납 용기)로서의 카세트(110)가 사용된다. 광체(111) 내측의 전방(前方, 도면 중의 오른쪽)에는, 카세트 스테이지[기판 수납 용기 수도대(受渡臺), 114]가 설치되어 있다. 카세트(110)는, 도시하지 않은 공정 내 반송 장치에 의해 카세트 스테이지(114) 상에 재치되고, 카세트 스테이지(114) 상으로부터 광체(111) 밖으로 반출되도록 구성되어 있다.
카세트(110)는, 공정 내 반송 장치에 의해, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수직 자세가 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출납구가 상방향을 향하도록, 카세트 스테이지(114) 상에 재치된다. 카세트 스테이지(114)는, 카세트(110)를 광체(111)의 후방을 향하여 종방향으로 90°회전시키고, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 하고, 카세트(110)의 웨이퍼 출납구를 광체(111) 내의 후방(後方)을 향하도록 하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
광체(111) 내의 전후 방향의 대략 중앙부에는, 카세트 선반(기판 수납 용기 재치 선반, 105)이 설치되어 있다. 카세트 선반(105)에는, 복수단, 복수열로 복수 개의 카세트(110)가 보관되도록 구성되어 있다. 카세트 선반(105)에는, 후술하는 웨이퍼 이재 기구(125)의 반송 대상이 되는 카세트(110)가 수납되는 이재 선반(123)이 설치되어 있다. 또한, 카세트 스테이지(114)의 상방에는, 예비 카세트 선반(107)이 설치되어, 예비적으로 카세트(110)를 보관하게 구성되고 있다.
카세트 스테이지(114)와 카세트 선반(105)의 사이에는, 카세트 반송 장치(기판 수납 용기 반송 장치, 118)가 설치되어 있다. 카세트 반송 장치(118)는 카세트(110)를 보지(保持)한 상태로 승강 가능한 카세트 엘리베이터(기판 수납 용기 승강 기구, 118a) 및 카세트(110)를 보지한 상태로 수평 이동 가능한 반송 기구로서의 카세트 반송 기구(기판 수납 용기 반송 기구, 118b)를 구비하고 있다. 이들 카세트 엘리베이터(118a)와 카세트 반송 기구(118b)의 연계 동작에 의해, 카세트 스테이지(114), 카세트 선반(105), 예비 카세트 선반(107), 이재 선반(123)의 사이에, 카세트(110)를 반송하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(105)의 후방에는, 웨이퍼 이재 기구(기판 이재 기구, 125)가 설치되어 있다. 웨이퍼 이재 기구(125)는, 웨이퍼(200)를 수평 방향으로 회전 또는 직동(直動) 가능한 웨이퍼 이재 장치(기판 이재 장치, 125a)와, 웨이퍼 이재 장치(125a)를 승강시키는 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(기판 이재 장치 승강 기구, 125b)를 구비하고 있다. 또한, 웨이퍼 이재 장치(125a)는, 웨이퍼(200)를 수평 자세로 보지하는 트위저(기판 이재용 치구, 125c)를 구비하고 있다. 이들 웨이퍼 이재 장치(125a)와 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)의 연계 동작에 의해, 웨이퍼(200)를 이재 선반(123) 상의 카세트(110) 내로부터 픽업하여 후술하는 보트(기판 보지구, 217)에 장전(裝塡, 차징)하거나, 웨이퍼(200)를 보트(217)로부터 탈장(脫裝, 디스차징)하여 이재 선반(123) 상의 카세트(110) 내에 수납하도록 구성되어 있다.
광체(111)의 후부 상방에는, 처리로(202)가 설치되어 있다. 처리로(202)의 하단에는 개구(노구)가 설치되고, 이러한 개구는 노구 셔터(노구 개폐 기구, 147)에 의해 개폐되도록 구성되어 있다. 또한, 처리로(202)의 구성에 대해서는 후술한다.
처리로(202)의 하방에는, 보트(217)를 승강시켜서 처리로(202) 내외로 반송하는 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(기판 보지구 승강 기구, 115)가 설치되어 있다. 보트 엘리베이터(115)의 승강대에는, 연결 도구로서의 암(128)이 설치되어 있다. 암(128) 상에는, 보트(217)를 수직하게 지지하는 것과 함께, 보트 엘리베이터(115)에 의해 보트(217)가 상승했을 때에 처리로(202)의 하단을 기밀하게 폐색(閉塞)하는 개체(蓋體)로서 원반 형상의 씰 캡(219)이 수평 자세로 설치되어 있다.
보트(217)는 복수 개의 보지 부재를 구비하고 있고, 복수 매(예컨대, 50장?150장 정도)의 웨이퍼(200)를, 수평 자세로 그 중심을 맞춘 상태로 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 보지하도록 구성되어 있다. 보트(217)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
카세트 선반(105)의 상방에는, 공급 팬과 방진 필터를 구비한 클린 유닛(134a)이 설치되어 있다. 클린 유닛(134a)은, 청정화한 분위기인 클린 에어를 광체(111)의 내부로 유통시키도록 구성되어 있다.
또한, 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b) 및 보트 엘리베이터(115) 측과 반대측인 광체(111)의 좌측 단부에는, 클린 에어를 공급하도록 공급 팬과 방진 필터를 구비한 클린 유닛(도시되지 않음)이 설치되어 있다. 도시하지 않은 상기 클린 유닛으로부터 분사된 클린 에어는, 웨이퍼 이재 장치(125a) 및 보트(217)의 주위를 유통한 후에, 도시하지 않은 배기 장치에 흡인되어, 광체(111)의 외부로 배기 되도록 구성되어 있다.
(2) 기판 처리 장치의 동작
다음으로, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(101)의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 카세트(110)가, 도시하지 않은 공정 내 반송 장치에 의해, 웨이퍼(200)가 수직 자세가 되고 카세트(110)의 웨이퍼 출납구가 상방향을 향하도록, 카세트 스테이지(114) 상에 재치된다. 그 후, 카세트(110)는, 카세트 스테이지(114)에 의해, 광체(111)의 후방을 향하여 종방향으로 90°회전된다. 그 결과, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)는 수평 자세가 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출납구는 광체(111) 내의 후방을 향한다.
카세트(110)는, 카세트 반송 장치(118)에 의해, 카세트 선반(105) 내지 예비 카세트 선반(107)의 지정된 선반 위치에 자동적으로 반송되어 수도되어서 일시적으로 보관된 후, 카세트 선반(105) 또는 예비 카세트 선반(107)으로부터 이재선반(123)으로 이재되거나, 직접 이재 선반(123)에 반송된다.
카세트(110)가 이재 선반(123)에 이재되면, 웨이퍼(200)는, 웨이퍼 이재장치(125a)의 트위저(125c)에 의해, 웨이퍼 출납구를 통해서 카세트(110)로부터 픽업되고, 웨이퍼 이재 장치(125a)와 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)의 연속 동작에 의해 이재 선반(123)의 후방에 있는 보트(217)에 장전(차징)된다. 보트(217)에 웨이퍼(200)를 수도한 웨이퍼 이재 기구(125)는, 카세트(110)로 되돌아가고, 다음 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전한다.
미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 노구 셔터(147)에 의해 닫혀 있던 처리로(202)의 하단이, 노구 셔터(147)에 의해 개방된다. 계속해서, 씰 캡(219)이 보트 엘리베이터(115)에 의해 상승되는 것에 의해, 웨이퍼(200) 군을 보지한 보트(217)가 처리로(202) 내에 반입(로딩)된다. 로딩 후는, 처리로(202)에서 웨이퍼(200)에 임의의 처리가 실시된다. 이러한 처리에 대해서는 후술한다. 처리 후는, 웨이퍼(200) 및 카세트(110)는, 전술한 순서와는 반대의 순서로 광체(111)의 외부로 반출된다.
(3) 처리로의 구성
계속해서, 본 실시 형태에 따른 처리로(202)의 구성에 대해서, 도 2?도 4를 참조하면서 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 처리로(202)의 종단면도이다. 도 3은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 이너 튜브(204)의 사시도이며, 가스 배기구(204a)가 구멍 형상인 경우를 도시하고 있다. 도 4는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 튜브(205)의 횡단면도이며, 이너 튜브(204)에 노즐 수용부(201a)가 설치되어 있는 경우를 도시하고 있다.
(처리실)
본 실시 형태에 따른 처리로(202)는, 반응관으로서의 프로세스 튜브(205)와 매니폴드(209)를 구비하고 있다. 프로세스 튜브(205)는, 복수 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 적층한 상태로 수용하는 처리실(201)을 그 내부 공간에 구성하는 이너 튜브(204) 및 이너 튜브(204)를 둘러싸는 아우터 튜브(203)로 구성된다. 이너 튜브(204) 및 아우터 튜브(203)는, 각각 예컨대 석영(SiO2)이나 탄화규소(SiC) 등의 내열성을 가지는 비금속 재료로 구성되고, 상단이 폐색하고 하단이 개방된 구성으로 되어 있다. 이너 튜브(204)의 측벽의 일부는, 웨이퍼(200)가 적재되는 방향[연직(鉛直) 방향]에 따라, 이너 튜브(204)의 측벽보다도 이너 튜브(204)의 지름 방향 외측[아우터 튜브(203)의 측벽측]으로 돌출하고 있다. 처리실(201) 중, 이너 튜브(204)의 지름 방향 외측[아우터 튜브(203)의 측벽측]으로 돌출한 공간은, 후술하는 원료 가스 노즐(233a), 반응 가스 노즐(233b)을 수용하는 노즐 수용부(201a)로 구성되어 있다. 매니폴드(209)는, 예컨대 SUS 등의 금속 재료로 구성되고, 상단 및 하단이 개방된 원통 형상으로 되어 있다. 이너 튜브(204) 및 아우터 튜브(203)는, 매니폴드(209)에 의해 하단측으로부터 종방향으로 지지되어 있다.
이너 튜브(204), 아우터 튜브(203) 및 매니폴드(209)는, 서로 동심원 형상으로 배치되어 있다. 매니폴드(209)의 하단(노구)은, 전술한 보트 엘리베이터(115)가 상승했을 때에, 씰 캡(219)에 의해 기밀하게 봉지(封止)되도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)의 하단과 씰 캡(219)의 사이에는, 이너 튜브(204) 내를 기밀하게 봉지하는 O링 등의 봉지 부재(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
이너 튜브(204) 내[처리실(201) 내]에는 기판 보지구로서의 보트(217)가 하방으로부터 삽입되도록 구성되어 있다. 이너 튜브(204) 및 매니폴드(209)의 내경은, 웨이퍼(200)를 장전한 보트(217)의 최대 외경보다도 커지도록 구성되어 있다.
보트(217)는, 상하로 한 쌍의 단판(端板, 217c) 및 한 쌍의 단판(217c)의 사이에 수직으로 가설(架設)된 복수 개(예컨대 3개)의 지주(支柱, 217a)를 구비하고 있다. 단판(217c) 및 지주(217a)는, 석영이나 탄화규소 등의 내열성을 가지는 비금속 재료로 구성되어 있다. 각 지주(217a)에는, 복수의 보지구(保持構, 217b)가, 지주(217a)의 길이 방향을 따라 등간격으로 배열하도록 각각 형성되어 있다. 각 지주(217a)는, 각 지주(217a)에 형성된 보지구(217b)가 서로 대향하도록 각각 배치되어 있다. 각 보지구(217b)에 웨이퍼(200)의 외주부를 삽입하는 것에 의해, 복수 매의 웨이퍼(200)가, 대략 수평 자세로 소정의 틈(기판 피치 간격)을 가지고 다단으로 보지되도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 열전도를 차단하는 단열 캡(218) 상에 탑재되어 있다. 단열 캡(218)은, 회전축(255)에 의해 하방으로부터 지지되어 있다. 회전축(255)은, 처리실(201) 내의 기밀을 보지하면서, 씰 캡(219)의 중심부를 관통하도록 설치되어 있다. 씰 캡(219)의 하방으로는, 회전축(255)을 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)에 의해 회전축(255)을 회전시키는 것에 의해, 처리실(201) 내의 기밀을 보지한 상태로, 복수 매의 웨이퍼(200)를 탑재한 보트(217)를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다.
프로세스 튜브[205, 아우터 튜브(203)]의 외주에는, 프로세스 튜브(205)와 동심원 형상으로 가열 유닛으로서의 히터(207)가 설치되어 있다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판으로서의 히터 베이스(도시되지 않음)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)의 외주부 및 상단에는, 단열재(207a)가 설치되어 있다. 히터(207)는, 온도 센서(도시되지 않음)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여, 통전량이 조정되도록 구성되어 있다.
(가스 노즐)
노즐 수용부(201a) 내에는, 원료 가스 노즐(233a)과, 반응 가스 노즐(233b)이, 처리실(201)의 주방향(周方向)을 따라 각각 배설되어 있다. 원료 가스 노즐(233a) 및 반응 가스 노즐(233b)은, 수직부와 수평부를 가지는 L자 형상으로 각각 구성되어 있다. 원료 가스 노즐(233a)은, 그 수직부가 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 수용 예정 영역보다도 하방이 있는 소정 위치에 배설되는 쇼트 노즐로서 구성되어 있다. 또한, 반응 가스 노즐(233b)은, 그 수직부가 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라 노즐 수용부(201a) 내에 배설[연재(延在)]되는 롱 노즐로서 구성되어 있다. 원료 가스 노즐(233a) 및 반응 가스 노즐(233b)의 수평부는, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 각각 설치되어 있다.
전술한 바와 같이, 원료 가스 노즐(233a)의 수직부는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 수용 예정 영역보다도 하방이 있는 소정 위치에 배설되도록 구성되어 있다. 즉, 원료 가스 노즐(233a)의 수직부는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 수용 예정 영역의 온도가 원료 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도, 내부에서 원료 가스가 분해되지 않도록, 웨이퍼(200)의 수용 예정 영역보다도 하방의 노즐 수용부(201a) 내의 소정 위치에 배설되어 있다. 예컨대, 원료 가스 노즐(233a)의 수직부는, 처리실(201) 내의 하부이며, 히터(207)가 둘러싸는 공간의 하방으로 배설되어 있다. 원료 가스 노즐(233a)의 하류단(상단)에는, 처리실(201) 내의 상부를 향하여 원료 가스를 공급하도록 원료 가스 분출구(248a)가 개설되어 있다. 이와 같이, 원료 가스 노즐(233a)을 쇼트 노즐로서 구성하는 것으로, 기판 처리 시에 있어서의 원료 가스 노즐(233a) 내부의 온도 상승을 억제할 수 있고, 원료 가스 노즐(233a) 내부에서의 원료 가스의 열분해를 일으키기 어렵게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 반응 가스 노즐(233b)의 수직부는, 하류단이 보트(217)의 상단 부근까지 도달하도록 노즐 수용부(201a)의 상부까지 연장된 구성으로 되어 있다. 반응 가스 노즐(233b)의 수직부 측면에는, 복수의 반응 가스 분출구(248b)가, 웨이퍼(200)의 적층 방향(연직 방향)에 따라, 각각의 웨이퍼(200)에 대응하는 위치(높이 위치)에 개설되어 있다. 또한, 반응 가스 분출구(248b)의 개구 지름은, 처리실(201) 내의 반응 가스의 유량 분포나 속도 분포를 적정화하도록 적절히 조정할 수 있고, 하부로부터 상부에 걸쳐 동일하여도 좋고, 하부로부터 상부에 걸쳐 서서히 크게 하여도 좋다. 이와 같이, 반응 가스 노즐(233b)을 다공식(多孔式)의 롱 노즐로서 구성하는 것으로, 웨이퍼(200)로의 반응 가스의 공급량을 웨이퍼(200)사이에서 균일화시키는 것이 가능해진다. 또한, 반응 가스가 열분해되기 쉬운 성질을 가지는 경우에는, 반응 가스 노즐(233b)을, 원료 가스 노즐(233a)과 동일하게 쇼트 노즐로서 구성하여도 좋다.
(원료 가스 공급 유닛)
매니폴드(209)의 측벽으로부터 돌출한 원료 가스 노즐(233a)의 수평부의 상류단에는, 원료 가스 공급관(240a)의 하류단이 접속되어 있다. 원료 가스 공급관(240a)의 상류단에는, 액체 원료로서의 액체 TMA를 기화하여 원료 가스로서의 TMA가스를 생성하는 TMA탱크(260)가 접속되어 있다. 구체적으로는, 원료 가스 공급관(240a)의 상류단은, TMA탱크(260) 내로서 액체 TMA의 액면(液面)의 상방에 배치되어 있다. 원료 가스 공급관(240a)에는 개폐 밸브(241a)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241a)를 여는 것에 의해, TMA탱크(260) 내에서 생성된 TMA가스가, 원료 가스 노즐(233a)을 개재해서 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 또한, 기화된 TMA가스가 배관 내에서 재액화되지 않도록, 원료 가스 공급관(240a)은 예컨대 40℃이상 130℃이하로 가열되고, 매니폴드(209)는 예컨대 40℃이상 150℃이하로 가열되도록 구성되어 있다.
TMA탱크(260)의 상류측에는, TMA탱크(260) 내에 불활성 가스 등의 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(240f)의 하류단이 접속되어 있다. 구체적으로는, 캐리어 가스 공급관(240f)의 하류단은, TMA탱크(260) 내의 액체 TMA내에 침지되어 있다. 캐리어 가스 공급관(240f)의 상류단은, 아르곤 가스(Ar가스)등의 불활성 가스(캐리어 가스)를 공급하는 도시하지 않은 캐리어 가스 공급원에 접속되어 있다. 캐리어 가스 공급관(240f)에는, 상류로부터 순서대로, 유량 컨트롤러(MFC, 242f), 개폐 밸브(241f)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241f)를 여는 것에 의해 TMA탱크(260) 내의 액체 TMA내에 캐리어 가스가 공급되어, 액체 TMA가 버블링된다. 액체 TMA가 버블링되는 것에 의해, TMA탱크(260) 내에 TMA가스가 생성된다. 개폐 밸브(241a)를 여는 것에 의해, TMA탱크(260) 내에서 생성된 TMA가스와 캐리어 가스를 포함하는 혼합 가스가 원료 가스 공급관(240a) 및 원료 가스 노즐(233a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 캐리어 가스를 TMA탱크(260) 내에 공급하는 것에 의해, 액체 TMA를 기화시키는 것과 함께, TMA탱크(260) 내로부터의 TMA가스의 배출 및 처리실(201) 내로의 원료 가스의 공급을 촉진시키는 것이 가능해진다. TMA탱크(260) 내로의 캐리어 가스의 공급 유량[즉, 처리실(201) 내로의 캐리어 가스의 공급 유량)은, 유량 컨트롤러(242f)에 의해 제어 가능하도록 구성되어 있다.
주로, 원료 가스 공급관(240a), TMA탱크(260), 개폐 밸브(241a), 캐리어 가스 공급관(240f), 도시하지 않은 캐리어 가스 공급원, 유량 컨트롤러(242f), 개폐 밸브(241f)에 의해, 원료 가스 노즐(233a)을 개재하여 처리실(201) 내에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 유닛이 구성된다.
(반응 가스 공급 유닛)
매니폴드(209)의 측벽으로부터 돌출한 반응 가스 노즐(233b)의 수평부의 상류단에는, 반응 가스 공급관(240b)의 하류단이 접속되어 있다. 반응 가스 공급관(240b)의 상류단에는, 반응 가스(산화제)로서의 오존(O3) 가스를 생성하는 오조나이저(270)이 접속되어 있다. 반응 가스 공급관(240b)에는, 상류측으로부터 순서대로, 유량 컨트롤러(MFC, 242b), 개폐 밸브(24lb)가 설치되어 있다. 오조나이저(270)에는, 산소 가스 공급관(240e)의 하류단이 접속되어 있다. 산소 가스 공급관(240e)의 상류단은, 산소(O2) 가스를 공급하는 도시하지 않은 산소 가스 공급원에 접속되어 있다. 산소 가스 공급관(240e)에는 개폐 밸브(241e)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241e)를 여는 것에 의해 오조나이저(270)에 산소 가스가 공급되고, 개폐 밸브(24lb)를 여는 것에 의해 오조나이저(270)에서 생성된 오존 가스가 반응 가스 공급관(240b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 또한, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급 유량은, 유량 컨트롤러(242b)에 의해 제어하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
주로, 반응 가스 공급관(240b), 오조나이저(270), 유량 컨트롤러(MFC, 242b), 개폐 밸브(24lb), 산소 가스 공급관(240e), 도시하지 않은 산소 가스 공급원, 개폐 밸브(241e)에 의해, 반응 가스 노즐(233b)을 개재하여 처리실(201) 내에 오존 가스를 공급하는 반응 가스 공급 유닛이 구성된다.
(벤트관)
원료 가스 공급관(240a)에 있어서의 TMA탱크(260)와 개폐 밸브(241a)의 사이에는, 원료 가스 벤트관(240i)의 상류단이 접속되어 있다. 원료 가스 벤트관(240i)의 하류단은, 후술하는 배기관(231)의 하류측[후술하는 APC밸브(231a)와 진공 펌프(23lb)와의 사이]에 접속되어 있다. 원료 가스 벤트관(240i)에는 개폐 밸브(241i)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(241a)를 닫고, 개폐 밸브(241i)를 여는 것에 의해, TMA탱크(260)에 있어서의 원료 가스의 생성을 계속한 상태로, 처리실(201) 내로의 원료 가스의 공급을 정지하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 원료 가스를 안정되게 생성하기 위해서는 소정의 시간을 필요로 하지만, 개폐 밸브(241a), 개폐 밸브(241i)의 절체(切替) 동작에 의해, 처리실(201) 내로의 원료 가스의 공급?정지를 지극히 단시간으로 절체하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
마찬가지로, 반응 가스 공급관(240b)에 있어서의 오조나이저(270)와 유량 컨트롤러(242b)의 사이에는, 반응 가스 벤트관(240j)의 상류단이 접속되어 있다. 반응 가스 벤트관(240j)의 하류단은, 배기관(231)의 하류측[APC밸브(231a)와 진공 펌프(23lb)와의 사이]에 접속되어 있다. 반응 가스 벤트관(240j)에는, 상류로부터 순서대로, 개폐 밸브(241j), 오존 제해(除害) 장치(242j)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(24lb)를 닫고, 개폐 밸브(241j)를 여는 것에 의해, 오조나이저(270)에 의한 오존 가스의 생성을 계속한 상태로, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급을 정지하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 오존 가스를 안정되게 생성하기 위해서는 소정의 시간을 필요로 하지만, 개폐 밸브(24lb), 개폐 밸브(241j)의 절체 동작에 의해, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급?정지를 지극히 단시간으로 절체하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
(불활성 가스 공급관)
원료 가스 공급관(240a)에 있어서의 개폐 밸브(241a)의 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(240g)의 하류단이 접속되어 있다. 제1 불활성 가스 공급관(240g)에는, 상류측으로부터 순서대로, N2가스 등의 불활성 가스를 공급하는 도시하지 않은 불활성 가스 공급원, 유량 컨트롤러(MFC, 242g), 개폐 밸브(241g)가 설치되어 있다. 마찬가지로, 반응 가스 공급관(240b)에 있어서의 개폐 밸브(24lb)의 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(240h)의 하류단이 접속되어 있다. 제2 불활성 가스 공급관(240h)에는, 상류측으로부터 순서대로, N2가스 등의 불활성 가스를 공급하는 도시하지 않은 불활성 가스 공급원, 유량 컨트롤러(MFC, 242h), 개폐 밸브(241h)가 설치되어 있다.
제1 불활성 가스 공급관(240g) 및 제2 불활성 가스 공급관(240h)으로부터 공급되는 불활성 가스는, 원료 가스나 반응 가스를 희석하는 희석 가스 및 처리실(201) 내를 퍼지하는 퍼지 가스로서의 기능을 가진다.
예컨대, 개폐 밸브(241i)를 닫고, 개폐 밸브(241a) 및 개폐 밸브(241g)를 여는 것에 의해, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터의 불활성 가스(희석 가스)에 의해 희석하면서, TMA탱크(260)로부터의 혼합 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 개폐 밸브(241b) 및 개폐 밸브(241h)를 여는 것에 의해, 제2 불활성 가스 공급관(240h)으로부터의 불활성 가스(희석 가스)에 의해 희석하면서, 오조나이저(270)로부터의 오존 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 희석 가스에 의해 희석하는 것으로, 처리실(201) 내에 공급하는 원료 가스나 오존 가스의 농도를 자유자재로 조정할 수 있다.
또한, 개폐 밸브(241a)를 닫고 개폐 밸브(241i)를 여는 것에 의해, TMA탱크(260)에 의한 원료 가스의 생성을 계속한 상태로 처리실(201) 내로의 원료 가스의 공급을 정지하는 것과 함께, 개폐 밸브(241g) 및 개폐 밸브(241h)를 여는 것에 의해, 제1 불활성 가스 공급관(240g) 및 제2 불활성 가스 공급관(240h)으로부터의 불활성 가스(퍼지 가스)를 처리실(201) 내에 공급하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 마찬가지로, 개폐 밸브(24lb)를 닫고 개폐 밸브(241j)를 여는 것에 의해, 오조나이저(270)에 의한 오존 가스의 생성을 계속한 상태로 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급을 정지하는 것과 함께, 개폐 밸브(241g) 및 개폐 밸브(241h)를 여는 것에 의해, 제1 불활성 가스 공급관(240g) 및 제2 불활성 가스 공급관(240h)로부터의 불활성 가스(퍼지 가스)를 처리실(201) 내에 공급하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내에 불활성 가스(퍼지 가스)를 공급하는 것에 의해, 처리실(201) 내로부터의 원료 가스, 오존 가스 등의 배출을 촉진시킬 수 있다.
(가스 배기부 및 가스 배기구)
이너 튜브(204)의 측벽에는, 웨이퍼(200)가 적재되는 방향을 따라, 이너 튜브(204)의 측벽의 일부를 구성하는 가스 배기부(204b)가 설치되어 있다. 가스 배기부(204b)는, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)를 사이에 두고, 노즐 수용부(201a)와 대향하는 위치에 설치되어 있다.
가스 배기부(204b)에는 가스 배기구(204a)가 개설되어 있다. 가스 배기구(204a)는, 웨이퍼(200)를 사이에 두고 반응 가스 분출구(248b)와 대향하는 위치 [예컨대, 반응 가스 분출구(248b)와 약 180° 반대측의 위치]에 개설되어 있다. 본 실시 형태에 따른 가스 배기구(204a)는, 구멍 형상이며, 복수 매의 웨이퍼(200)의 각각 대응하는 위치(높이 위치)에 개설되고 있다. 따라서, 아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)를 사이에 둔 공간(203a)은, 가스 배기구(204a)를 개재하여 처리실(201)에 연통(連通)하는 것이 된다.
또한, 가스 배기구(204a)의 구멍 지름은, 처리실(201) 내의 가스의 유량 분포나 속도 분포를 적정화하도록 적절히 조정할 수 있고, 예컨대, 하부로부터 상부에 걸쳐 동일해도 좋고, 하부로부터 상부에 걸쳐 서서히 크게 해도 좋다.
또한, 가스 배기부(204b)의 하단의 높이 위치는, 처리실(201) 내에 반입되는 웨이퍼(200) 중 최하단의 웨이퍼(200)의 높이 위치에 대응시키는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 가스 배기부(204b)의 상단의 높이 위치는, 처리실(201) 내에 반입되는 웨이퍼(200) 중 최상단의 웨이퍼(200)의 높이 위치에 대응시키는 것이 바람직하다. 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 영역에까지 가스 배기부(204b)가 설치되어 있으면, 웨이퍼(200) 사이를 흘러야 할 가스가 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 영역으로 흘러버리는 경우가 있기 때문이다.
(배기 유닛)
매니폴드(209)의 측벽에는 배기관(231)의 상류단이 접속되어 있다. 배기관(231)에는, 상류측으로부터 순서대로, 압력 검출기로서의 압력 센서(245), 압력 조정기로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(231a), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(23lb), 배기 가스 중으로부터 유해 성분을 제거하는 제해 설비(231c)가 설치되어 있다. 진공 펌프(23lb)를 작동시키면서, 압력 센서(245)로부터의 압력 정보에 기초하여 APC밸브(231a)의 개폐 밸브의 개도(開度)를 조정하는 것에 의해, 처리실(201) 내의 압력을 원하는 압력으로 하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
주로, 배기관(231), 압력 센서(245), APC밸브(231a), 진공 펌프(23lb), 제해 설비(231c)에 의해, 배기 유닛이 구성된다.
전술한 바와 같이, 아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)를 사이에 둔 공간(203a)은, 가스 배기구(204a)를 개재하여 처리실(201) 내에 연통시키고 있다. 그 때문에, 원료 가스 노즐(233a) 또는 반응 가스 노즐(233b)로부터 처리실(201) 내에 원료 가스, 반응 가스를 공급하면서, 배기 유닛에 의해 아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)를 사이에 둔 공간(203a)을 배기하는 것에 의해, 원료 가스 분출구(248a) 및 반응 가스 분출구(248b)로부터 가스 배기구(204a)를 향하는 실질적으로 수평 방향의 가스류(10)가 처리실(201) 내에 생성된다. 이러한 모양을, 원료 가스를 예로 하여 도 5에 도시한다.
(컨트롤러)
제어부로서의 컨트롤러(280)는, 히터(207), 압력 센서(245), APC밸브(231a), 진공 펌프(23lb), 제해 설비(231c), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 개폐 밸브(241a, 24lb, 241e, 241f, 241g, 241h, 241i, 241j), 유량 컨트롤러(242b, 242f, 242g, 242h), TMA탱크(260), 오조나이저(270), 오존 제해 장치(242j), 온도 센서(도시하지 않음) 등에 각각 접속되어 있다. 컨트롤러(280)에 의해, 히터(207)의 온도 조정 동작, APC밸브(231a)의 개폐 및 압력 조정 동작, 진공 펌프(23lb)의 기동?정지, 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 엘리베이터(115)의 승강 동작, 개폐 밸브(241a, 24lb, 241e, 241f, 241g, 241h, 241i, 241j)의 개폐 동작, 유량 컨트롤러(242b, 242f, 242g, 242h)의 유량 조정 등의 제어가 수행된다.
(4) 기판 처리 공정
계속해서, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 6은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우 챠트이다. 도 7은, 웨이퍼(200) 상에 산화 알루미늄 막(AlO막, 500)이 형성되는 모양을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 8은, 본 실시 형태에 따른 가스 공급의 모양을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 9는, 본 실시 형태의 기판 처리 공정에 따른 가스 공급에 따른 타이밍 차트이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 원료 가스로서 TMA가스를, 반응 가스로서 오존 가스를 이용하고, ALD법에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 막, 즉 고유전율 막으로서의 산화알루미늄 막(500)을 성막하는 방법을 예시하여 설명한다. 여기서 실시되는 ALD법은, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 실시된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치(101)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 기판 반입 공정(S10), 감압?승온(昇溫) 공정(S20), 산화알루미늄 막 형성 공정(S30), 대기압 복귀 공정(S40), 기판 반출 공정(S50)을 실시한다.
[기판 반입 공정(S10)]
우선, 복수 매의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전(웨이퍼 차징)한다. 그리고, 복수 매의 웨이퍼(200)를 보지한 보트(217)를, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려서 처리실(201) 내에 수용(보트 로딩)한다. 이 상태에서, 씰 캡(219)은 O링(도시하지 않음)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 기밀하게 봉지한 상태가 된다. 또한, 웨이퍼 차징, 보트 로딩 시에 있어서는, 개폐 밸브(241g), 개폐 밸브(241h)를 열고, 처리실(201) 내에 퍼지 가스를 계속해서 공급하는 것이 바람직하다.
[감압?승온 공정(S20)]
계속해서, 개폐 밸브(241g), 개폐 밸브(241h)를 닫고, 처리실(201) 내가 원하는 처리 압력(진공도)이 되도록, 진공 펌프(23lb)에 의해 배기한다. 이 때, 압력 센서(245)에서 측정한 압력 정보에 기초하여, APC밸브(231a)의 개도를 피드백 제어한다. 또한, 웨이퍼(200) 표면이 원하는 처리 온도가 되도록 히터(207)로의 통전량을 조정한다. 이 때, 온도 센서(도시하지 않음)가 검출한 온도 정보에 기초하여, 히터(207)로의 통전 상태를 피드백 제어한다. 그리고, 회전 기구(267)에 의해, 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시시킨다. 또한, 온도 조정, 압력 조정, 웨이퍼(200)의 회전은, 후술하는 산화알루미늄 막 형성 공정(S30)의 완료시까지 계속한다.
또한, 압력?온도 안정 시의 처리실(201) 내의 조건으로서는, 예컨대, 처리 압력: 1?100Pa, 바람직하게는 40Pa,
처리 온도: 450℃?650℃, 바람직하게는 550℃
가 예시된다.
[산화알루미늄막 형성 공정(S30)]
계속해서, 웨이퍼(200) 상에, 원하는 두께의 고유전율 막으로서의 산화알루미늄 막(500)을 형성한다(도 7을 참조).
[원료 가스 공급 공정(S31)]
우선, 개폐 밸브(241f)를 열어서 TMA탱크(260) 내에 캐리어 가스로서의 Ar가스를 공급하여, TMA탱크(260) 내의 액체 TMA를 버블링한다. 이에 의해, TMA탱크(260)내의 액체 TMA를 기화시켜서 원료 가스로서의 TMA가스를 생성한다. TMA가스가 안정하여 생성될 때까지는, 개폐 밸브(241a)가 닫힌 상태에서, 개폐 밸브(241i)를 열고, TMA가스와 Ar가스와의 혼합 가스를 원료 가스 벤트관(240i)으로부터 배출해 둔다. 또한, TMA가스의 생성은, 전술한 감압?승온 공정(S20)과 병행하여 실시하는 것으로 하여(예비 기화), 감압?승온 공정(S20)의 완료시에는 TMA가스의 생성량을 안정시켜 두는 것이 바람직하다.
TMA가스가 안정하여 생성되게 되면, 개폐 밸브(241i)를 닫고, 개폐 밸브(241a)를 열어, TMA가스와 Ar가스와의 혼합 가스의, 원료 가스 노즐(233a)을 개재한 처리실(201) 내로의 공급을 개시한다. 그 때, 개폐 밸브(241g)를 열고, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터 N2가스(희석 가스)를 공급하여, 처리실(201) 내에서 TMA가스를 희석하도록 해도 좋다. 또한, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터 공급되는 N2가스에 의해 혼합 가스를 압출(押出)하고, 처리실(201) 내로의 혼합 가스의 공급을 촉진시키도록 해도 좋다(N2 푸쉬).
원료 가스 노즐(233a)로부터 처리실(201) 내에 공급된 혼합 가스는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 보트(217)의 하단측의 웨이퍼(200)로부터 상단 측의 웨이퍼(200)에 각각 공급된다. 그리고, 처리실(201) 내에 공급된 혼합 가스는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 각 웨이퍼(200) 상을 각각 통과하여 가스 배기구(204a)를 향하는 실질적으로 수평 방향의 가스류(10)가 되고, 가스 배기구(204a)를 개재하여 배기관(231)으로부터 배기된다. 그 때, 적층된 각 웨이퍼(200)에 공급된 TMA가스는, 각 웨이퍼(200)의 표면, 또는 웨이퍼(200) 상에 이미 흡착하고 있는 TMA분자의 흡착층 등의 표면과 화학 흡착(표면 반응)을 일으켜서, 웨이퍼(200) 상에 TMA분자의 흡착층 또는 Al층을 형성한다. 또한, 각 웨이퍼(200)에 공급된 TMA가스는, 그 일부가 열분해하는 것으로 ALD반응뿐만 아니라 CVD반응을 발생시키고, 웨이퍼(200) 상에 알루미늄 원자끼리의 결합(Al-Al결합)을 포함하는 Al층을 형성한다. 여기서, TMA분자의 흡착층이란, TMA분자가 연속적인 흡착층 이외에, 불연속인 흡착층 및 불연속인 층이 중첩하여 이루어지는 연속적인 층도 포함한다. 또한, Al층이란, Al에 의해 구성되는 연속적인 층 이외에, 불연속인 층 및 불연속인 층이 중첩하여 이루어지는 연속적인 층도 포함한다. 한편, Al은 그 단독으로 고체가 되는 원소이다. 이하, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 TMA분자의 흡착층 및 Al층을, Al함유층(500a)으로도 지칭한다. 도 7b에, 각 웨이퍼(200) 상에 Al함유층(500a)이 각각 형성된 모양을 도시한다.
혼합 가스의 공급을 소정 시간 계속한 후, 개폐 밸브(241a)를 닫고, 개폐 밸브(241i)를 열어서, TMA가스의 생성을 계속한 상태로 처리실(201) 내로의 TMA가스의 공급을 정지한다. 또한, 개폐 밸브(241f)는 연 상태로 하여 TMA탱크(260) 내로의 Ar가스의 공급은 계속한다.
[배기 공정(S32)]
계속해서, 개폐 밸브(241a, 24lb)를 닫은 상태로, 개폐 밸브(241g) 및 개폐 밸브(241h)를 열어서 N2가스(퍼지 가스)를 공급하여 처리실(201) 내를 퍼지하면서, 처리실(201) 내를 배기하는 것에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 TMA가스(잔류 가스)등을 제거한다. 소정 시간이 경과하여 처리실(201) 내의 분위기가 N2가스로 치환(퍼지)되면, 개폐 밸브(241g) 및 개폐 밸브(241h)를 닫아서 처리실(201) 내로의 N2가스의 공급을 정지한다. 배기 공정(S32)을 실시하는 것에 의해, 도 9에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 공급 공정(S31)에서 공급한 TMA가스와, 후술하는 반응 가스 공급 공정(S33)에서 공급하는 오존 가스를 서로 혼합시키지 않도록 할 수 있다. 또한, 퍼지는 소정 횟수 반복하도록 해도 좋다(사이클 퍼지). 이 경우, 처리실(201)내에 잔류하는 TMA가스 등을 보다 확실하게 제거할 수 있다.
[반응 가스 공급 공정(S33)]
계속해서, 처리실(201) 내에 반응 가스로서의 오존 가스를 공급하여, 웨이퍼(200) 상의 Al함유층(500a)을 산화시킨다. 우선, 개폐 밸브(241e)를 열어서 오조나이저(270)에 산소 가스를 공급하여, 반응 가스로서의 오존 가스(산화제)를 생성한다. 오존 가스가 안정되어서 생성될 때까지는, 개폐 밸브(241b)를 닫은 상태에서, 개폐 밸브(241j)를 열어, 오존 가스를 반응 가스 벤트관(240j)으로부터 배출해 둔다. 또한, 오존 가스의 생성은, 전술한 감압?승온 공정(S20)과 병행하여 실시하는 것으로 하여 감압?승온 공정(S20)의 완료 시에는 오존 가스의 생성량을 안정되도록 해 두는 것이 바람직하다.
오존 가스가 안정하여 생성되게 되면, 개폐 밸브(241j)를 닫고 개폐 밸브(24lb)를 열어, 반응 가스 노즐(233b)을 개재한 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급을 개시한다. 이 때, 개폐 밸브(241g)를 열고 제2 불활성 가스 공급관(240h)으로부터 N2가스(희석 가스)를 공급하여, 반응 가스 노즐(233b) 내에서 오존 가스를 희석하도록 해도 좋다. 또한, 제2 불활성 가스 공급관(240h)으로부터 공급되는 N2가스에 의해 오존 가스를 압출하여, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급을 촉진시키도록 해도 좋다(N2푸쉬).
반응 가스 노즐(233b)로부터 처리실(201) 내에 공급된 오존 가스는, 도 5에 도시하는 원료 가스와 마찬가지로, 반응 가스 분출구(248b)로부터 가스 배기구(204a)를 향하는 수평 방향의 가스류(10)가 되고, 배기관(231)로부터 배기된다. 그 때, 적층된 각 웨이퍼(200)에 공급된 오존 가스는, 각 웨이퍼(200) 상의 Al함유층(500a)에 접촉하여 이들을 각각 산화시킨다. 도 7c에, 각 웨이퍼(200) 상에 산화알루미늄 층(500b)이 각각 형성된 모양을 도시한다.
오존 가스의 공급을 소정 시간 계속한 후, 개폐 밸브(24lb)를 닫고 개폐 밸브(241j)를 열어, 오존 가스의 생성을 계속한 상태로 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급을 정지한다.
[배기 공정(S34)]
계속해서, 배기 공정(S32)과 동일한 순서 및 처리 조건에 의해, 처리실(201)내에 잔류하는 오존 가스(잔류 가스)등을 제거한다. 배기 공정(S34)을 실시하는 것에 의해, 도 9에 도시하는 바와 같이, 반응 가스 공급 공정(S33)에서 공급한 오존 가스와, 다음 사이클의 원료 가스 공급 공정(S31)에서 공급하는 TMA가스를, 서로 혼합시키지 않도록 할 수 있다.
이후, 원료 가스 공급 공정(S31)?배기 공정(S34)를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수 실시하여 산화 알루미늄층(500b)을 적층시키는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 원하는 두께의 산화알루미늄 막(500)을 형성한다[도 7d]. 사이클의 실시 횟수를 조정하는 것으로, 산화 알루미늄 막(500)의 막 두께를 제어할 수 있다. 또한, 각 공정의 처리 조건으로서는, 예컨대 이하에 나타내는 조건으로 할 수 있다.
<원료 가스 공급 공정(S31)의 처리 조건>
처리 압력: 50?150Pa, 바람직하게는 100Pa,
캐리어 가스(Ar가스)의 유량: 0.1?2slm, 바람직하게는 0.5slm,
처리 온도: 450℃?650℃, 바람직하게는 550℃,
실시 시간: 5?20초, 바람직하게는 10초,
희석 가스(N2가스)의 유량: 10?20slm, 바람직하게는 17slm
<반응 가스 공급 공정(S33)의 처리 조건>
처리 압력: 50?200Pa, 바람직하게는 70Pa,
반응 가스(오존 가스)의 유량: 3?20slm, 바람직하게는 6slm,
희석 가스(N2가스)의 유량: 0?2slm, 바람직하게는 0.5slm,
처리 온도: 450℃?650℃, 바람직하게는 550℃,
실시 시간: 10?60초, 바람직하게는 20초
<배기 공정(S32, S34)의 처리 조건>
처리 압력: 50?200Pa, 바람직하게는 100Pa,
퍼지 가스(N2가스)의 유량(제1 불활성 가스 공급관): 1?10slm, 바람직하게는 5slm,
퍼지 가스(N2가스)의 유량(제2 불활성 가스 공급관): 1?10slm, 바람직하게는 5slm,
처리 온도: 450℃?650℃, 바람직하게는 550℃,
실시 시간: 5?60초, 바람직하게는 10초
[대기압 복귀 공정(S40)]
웨이퍼(200) 상에 원하는 두께의 산화알루미늄 막(500)을 형성한 후, APC밸브(231a)의 밸브의 개도를 작게 하고, 개폐 밸브(241g), 개폐 밸브(241h)를 열어, 프로세스 튜브(205) 내[처리실(201) 내 및 아우터 튜브(203) 내]의 압력이 대기압이 될 때까지 처리실(201) 내에 N2가스(퍼지 가스)를 공급한다.
[기판 반출 공정(S50)]
그리고, 기판 반입 공정(S10)과 반대의 순서로, 처리실(201) 내로부터 보트(217)를 반출하고(보트 언로딩), 성막 완료된 웨이퍼(200)를 보트(217)로부터 탈장 한다(웨이퍼 디스차징). 또한, 보트 언로딩, 웨이퍼 디스차징 시에 있어서는, 개폐 밸브(241g) 및 개폐 밸브(241h)를 열어, 처리실(201) 내에 퍼지 가스를 계속해서 공급하는 것이 바람직하다.
그 후, 산화알루미늄 막(500)이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여, 예컨대, 배선이나 전극 등의 도전막을 형성하는 공정, 그 외의 절연막을 형성하는 공정, 열처리 공정 등을 순차적으로 실시하고, 산화알루미늄 막(500)을 가지는 반도체 장치를 형성한다.
(5) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 본 실시 형태에 따른 원료 가스 노즐(233a)의 수직부는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 수용 예정 영역보다도 하방의 소정 위치에 배설되도록 구성되어 있다. 이 구성에 의하면, 처리 온도를 상승시켜도 원료 가스 노즐(233a) 내부의 온도 상승을 억제할 수 있으므로, 원료 가스 노즐(233a) 내부에서의 TMA가스의 열분해를 억제할 수 있다. 이에 의해, 원료 가스 노즐(233a) 내에서의 알루미늄 원자끼리의 CVD반응을 억제할 수 있다. 또한, 원료 가스 노즐(233a)의 내벽으로의 반응 생성물이나 TMA가스의 분해물의 퇴적을 억제하고, 원료 가스 노즐(233a)의 막힘을 억제할 수 있다.
(b) 또한, 본 실시 형태에 의하면, 원료 가스 노즐(233a)에 반응 생성물이나 분해물이 퇴적하기 어렵고, TMA가스의 유로가 좁혀지기 어려워지므로, 안정된 유량 및 유속으로 처리실(201) 내에 TMA가스를 공급할 수 있다.
(c) 또한, 본 실시 형태에 의하면, 처리 온도를 높게 하여 기판 처리를 수행하는 것이 가능하므로, TMA가스를 구성하는 탄소 원자나 수소 원자 등이 산화알루미늄 막(500) 내에 잔류해 버리는 것을 억제할 수 있어, 산화 알루미늄 막(500) 내의 불순물량을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 불순물에 기인하는 유전율의 저하를 억제할 수 있고, 리크 전류가 저감되는 등, 고유전율 막으로서의 기능을 향상시킬 수 있다.
(d) 또한, 본 실시 형태와 같이 원료 가스 노즐(233a)에 분해물이 퇴적하기 어려운 경우에는, 원료 가스 노즐(233a)의 크리닝 주기를 길게 할 수 있다. 이에 의해, 메인테넌스에 의해 기판 처리 장치(101)를 정지시키는 기간이 단축되므로, 기판 처리 장치(101)를 효율적으로 가동시킬 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 분해물이 퇴적하면, 원료 가스 노즐(233a)과 분해물과의 열응력의 차이에 의해 원료 가스 노즐(233a)이 파손되는 경우가 있지만, 본 실시 형태에 의하면, 이러한 원료 가스 노즐(233a)의 파손이 일어나기 어려워진다.
여기서, 본 실시 형태의 기판 처리 장치(101)와 비교하기 위해서, 종래의 기판 처리 장치 원료 가스 노즐의 구성에 대해서 간단히 설명한다. 도 17은, 종래의 기판 처리 장치의 개략 및 내부에 분해물(950)이 퇴적한 원료 가스 노즐(933a)을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 19a 내지 도 19b, 도 20a 내지 도 20b는 내부에 분해물(950)이 퇴적한 원료 가스 노즐(933a)의 예를 도시하는 설명도이다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 종래의 기판 처리 장치로는, 복수의 원료 가스 분출구(948a)를 구비한 원료 가스 노즐(933a)이 보트(917)의 상단 부근까지 연장되는 구성으로 되어 있었다. 또한, 원료 가스 노즐(933a)의 수직부는, 처리실(901) 내의 히터(도시되지 않음)가 둘러싸는 공간 내에 설치되어 있었다. 그 때문에, 기판 처리 시에는, 원료 가스 노즐(933a) 내부의 온도가 TMA가스의 열분해 온도 이상으로 상승해 버려, 처리실(901) 내에 공급되기 전에 TMA가스가 열분해 되어버리는 경우가 있었다. 그리고, 도 17에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 노즐(933a)의 내벽에 TMA가스로 생성된 분해물(950)이 퇴적해버리는 일이 있었다. 내부에 분해물(950)이 퇴적한 원료 가스 노즐(933a)의 구체예를, 도 19a, 도 19b, 도 20a, 도 20b에 각각 도시한다. 또한, 원료 가스 노즐(933a) 내에서 원료 가스가 열분해하지 않도록 기판 처리를 저하시키면, 형성되는 박막 중에 원료 가스 분자에 포함되는 탄소 원자나 수소 원자 등이 잔류해버려, 박막 중의 불순물량이 증가해버리는 경우가 있었다. 본 실시 형태에 따르면, 원료 가스 노즐(233a)을 쇼트 노즐로서 구성하여, 처리 온도를 비교적 높게 하고 있으므로, 이들 과제를 해결할 수 있다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
제1 실시 형태에서는, 원료 가스 노즐(233a)을, 반응 가스 노즐(233b)과 같은 다공식 롱 노즐로서 구성하지 않고, 그 수직부가 웨이퍼(200)의 수용 예정 영역보다도 하방에 배치되는 쇼트 노즐로서 구성하고 있었다. 그러나, 원료 가스 노즐(233a)을 쇼트 노즐로서 구성하면, 원료 가스 노즐(233a) 내부에서의 원료 가스의 열분해를 억제할 수는 있지만, TMA가스의 공급량이 처리실(201) 내에서[웨이퍼(200) 사이에서] 국소적으로 고르지 못한 경우가 있었다. 예컨대, 웨이퍼(200)에 대한 사이클 마다의 TMA가스의 공급량이, 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)에서는 많아지고, 하부측의 웨이퍼(200)에서는 적어져버리는 등의 경우가 있었다. 그 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 산화알루미늄 막(500)의 막 두께가, 웨이퍼(200) 사이에서 고르지 못하게 되는 일이 있었다.
웨이퍼(200)사이에서의 막 두께의 차이는, 특히, 산화알루미늄 막(500) 중의 불순물량을 저감시키려고 하여 처리 온도를 상승시키면 증대하는 경향이 있었다. 이는, 처리 온도를 상승시키면, 처리실(201) 내에서는 ALD 반응뿐만 아니라 CVD반응도 발생하는 것에 하나의 요인이 있는 것으로 생각된다. 전술한 바와 같이, 처리 온도를 상승시키면, 각 웨이퍼(200)에 공급된 TMA가스는, 그 일부가 열분해하는 것으로 ALD반응뿐만 아니라 CVD반응을 발생시키고, 웨이퍼(200) 상에는 알루미늄 원자끼리의 결합을 포함하는 Al층이 형성된다. 이 CVD반응에 의해 형성되는 Al층의 두께는, 가스 분자의 흡착이 포화함으로써 셀프 리미트가 걸리는 ALD반응의 경우와 다르게, TMA가스의 공급량에 크게 의존한다. 이 때문에, TMA가스의 공급량이 처리실(201) 내에서 국소적으로 고르지 못하게 되면, Al함유층(500a)의 두께, 즉 산화알루미늄 막(500)의 막 두께도 따라서 고르지 못하게 되어버리는 것이다.
거기서, 본 실시 형태에서는, 다른 유속으로 TMA가스를 공급하는 공정을 동일 사이클 내에서 복수 설치하는 것에 의해, 원료 가스 노즐(233a)을 쇼트 노즐로서 구성한 경우라도, 처리실(201) 내[웨이퍼(200) 사이]에 있어서의 TMA가스의 공급량의 국소적인 차이를 저감시키도록 하고 있다. 구체적으로는, 제1 유속에서의 처리실(201) 내로의 TMA의 공급 처리 및 제1 유속과는 다른 제2 유속에서의 처리실(201) 내로의 TMA가스의 공급 처리를 순차적으로 수행하는 것으로, 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 TMA가스의 공급량의 국소적인 차이를 저감시키는 것으로 하고 있다. 예컨대, 제1 유속으로 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 국소적으로 공급하는 공정과, 제1 유속보다 큰 제2 유속으로 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 국소적으로 공급하는 공정을, 사이클 내에서 순차적으로 실시하도록 하면, 1 사이클 전체로 보았을 때의 TMA가스 공급량을 웨이퍼(200) 사이에서 보다 균일화할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 1회의 원료 가스 공급 공정으로 모든 웨이퍼(200)에 대하여 TMA가스를 균등하게 공급하려고 하는 것이 아니라, 1회의 원료 가스 공급 공정에서는 의도적으로 일부의 웨이퍼(200)에만 TMA가스가 국소적으로 공급되도록 하면서, 그 후, 유속을 다르게 하는 것으로 TMA가스가 주로 공급되는 장소를 바꾸도록 하면서, 사이클마다 복수의 원료 가스 공급 공정을 순차적으로 실시하는 것으로, TMA가스의 공급량의 국소적인 차이를 저감시키도록 하고 있다.
이하, 본 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서는, 제1 실시 형태와 중복하는 내용을 적절히 생략하면서 설명한다.
(1) 처리로의 구성
본 실시 형태에 따른 컨트롤러(280)는, 다른 유속으로 서로 혼합시키지 않도록 처리실(201) 내에 원료 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되어 있다. 예컨대, 컨트롤러(280)는, 제1 유속으로 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하는 처리 및 제1 유속보다도 큰 제2 유속으로 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되어 있다.
TMA가스의 유속을 제1 유속과 제2 유속으로 바꾸기 위해서는, 예컨대, 원료 가스로서의 TMA가스, 캐리어 가스로서의 Ar가스의 유량을 각각 일정하게 하면서, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터 공급되는 N2가스의 유량을 변경하면 좋다. 구체적으로는, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터 공급되는 N2가스의 유량을 많게 하는 것으로, TMA가스의 유량을 변경하지 않고 유속을 증대시킬 수 있다. 또한, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터 공급되는 N2가스의 유량을 적게 하는 것으로, TMA가스의 유량을 변경하지 않고, 유속을 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터 공급되는 불활성 가스는, 전술한 희석 가스 및 퍼지 가스로서의 기능에 더하여, 처리실(201) 내에 공급되는 TMA가스의 유속을 다르게 하는 유속 조정 가스로서의 기능도 가진다.
(2) 기판 처리 공정
도 10은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우 챠트이다. 도 11은, 본 실시 형태에 따른 원료 가스 공급의 모양을 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 11a는 원료 가스의 유속을 제1 유속으로 한 경우, 도 11b는 원료 가스의 유속을 제1 유속보다 큰 제2 유속으로 한 경우를 각각 나타낸다. 도 12는, 본 실시 형태의 가스 공급에 따른 타이밍 차트이다. 이들의 도면을 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대해서 설명한다. 도 13은, 본 실시 형태에 따른 TMA가스 공급 시퀀스 및 처리 조건을 종래와 비교하여 도시하는 도면이다.
본 실시 형태의 기판 처리 공정에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 기판 반입 공정(S10), 감압?승온 공정(S20), 산화 알루미늄 막 형성 공정(S130), 대기압 복귀 공정(S40), 기판 반출 공정(S50)을 실시한다. 또한, 산화알루미늄 막 형성 공정(S130) 이외의 공정은, 제1 실시 형태와 동일한 처리 순서 및 처리 조건으로 수행하므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
[산화알루미늄 막형성 공정(S130)]
본 실시 형태에서는, 이하에 도시하는 제1 원료 가스 공급 공정(S131)?배기 공정(S136)을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 원하는 두께의 산화알루미늄 막(500)을 형성한다. 또한, 여기서는, 감압?승온 공정(S20)의 완료 시에는 TMA탱크(260)로부터 TMA가스가 안정하여 생성되고, 오조나이저(270)로부터 오존 가스가 안정하여 생성되고 있는 것으로 한다.
[제1 원료 가스 공급 공정(S131)]
제1 원료 가스 공급 공정(S131)에서는, 제1 실시 형태에 따른 원료 가스 공급 공정(S31)과 거의 동일한 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 TMA가스를 공급한다. 이 때, 예컨대, 도 11a에 도시하는 바와 같이, 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스가 공급되도록, TMA가스의 유속을 비교적 작은 제1의 유속으로 조정한다. 구체적으로는, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터 공급되는 N2가스(유량 조정 가스)의 유량을 적게 하여, TMA가스의 유속을 제1 유속으로 조정한다.
원료 가스 노즐(233a)로부터 공급된 TMA가스는, 원료 가스 분출구(248a)로부터 가스 배기구(204a)를 향하면서, 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200) 상에서 실질적으로 수평 방향의 가스류가 된다. 웨이퍼(200)를 통과한 TMA가스는, 그 후, 배기관(231)으로부터 배기된다. 각 웨이퍼(200)에 공급된 TMA가스는, 각 웨이퍼(200)의 표면, 또는 웨이퍼(200) 상에 이미 흡착해 있는 TMA분자의 흡착층 등의 표면과 화학 흡착(표면 반응)을 일으킨다. 그 결과, 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200) 상에, 도 7b에 도시하는 Al함유층(500a)이 형성된다.
[배기 공정(S132)]
계속해서, 배기 공정(S132)에서는, 제1 실시 형태에 따른 배기 공정(S32)과 거의 동일한 처리 순서 및 처리 조건에 의해 처리실(201) 내를 퍼지한다. 배기 공정(S132)을 수행하는 것에 의해, 도 12a에 도시하는 바와 같이, 제1 원료 가스 공급 공정(S131)에서 공급한 TMA가스와, 후술하는 제2 원료 가스 공급 공정(S133)에서 공급하는 TMA가스가, 서로 혼합하지 않도록 하고 있다.
[제2 원료 가스 공급 공정(S133)]
계속해서, 제1 실시 형태에 따른 원료 가스 공급 공정(S31)과 거의 동일한 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 TMA가스를 공급한다. 이 때, 예컨대, 도 11b에 도시하는 바와 같이, 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스가 공급되도록, TMA가스의 유속을 제1 유속보다도 큰 제2 유속으로 조정한다. 구체적으로는, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터 공급되는 N2가스의 유량(유량 조정 가스)을 많게 하여, TMA가스의 유량을 공정(S131)으로부터 변경하지 않고, TMA가스의 유속을 제2 유량으로 절체한다.
원료 가스 노즐(233a)로부터 공급된 TMA가스는, 원료 가스 분출구(248a)로부터 가스 배기구(204a)에 향하면서, 주로 처리실(201) 내의 상부의 웨이퍼(200)상에서 실질적으로 수평 방향의 가스류가 된다. 웨이퍼(200)를 통과한 TMA가스는, 그 후, 배기관(231)으로부터 배기된다. 각 웨이퍼(200)에 공급된 TMA가스는, 각 웨이퍼(200)의 표면, 또는 웨이퍼(200) 상에 이미 흡착하고 있는 TMA분자의 흡착층 등의 표면과 화학 흡착(표면 반응)을 일으킨다. 그 결과, 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200) 상에, 도 7b에 도시하는 Al함유층(500a)이 형성된다. 이 때, TMA가스의 유량은 공정(S131)과 공정(S133)에서 변경되고 있지 않기 위해서, 웨이퍼(200)로의 TMA가스의 공급량은, 공정(S131)과 공정(S133)에서 균등해진다. 그 때문에, 공정(S131) 및 공정(S133)의 처리 시간을 맞추는 것으로, 웨이퍼(200)상에 형성되는 Al함유층(500a)의 두께를, 웨이퍼(200)사이에서 용이하게 균일화할 수 있다.
[배기 공정(S134)]
계속해서, 배기 공정(S134)에서는, 제1 실시 형태에 따른 배기 공정(S32)과 거의 같은 처리 순서 및 처리 조건에 의해 처리실(201) 내를 퍼지한다. 배기 공정(S134)을 수행하는 것에 의해, 도 11a에 도시하는 바와 같이, 제2 원료 가스 공급 공정(S133)에서 공급한 TMA가스와, 후술하는 반응 가스 공급 공정(S135)에서 공급하는 오존 가스가, 서로 혼합하지 않도록 하고 있다.
[반응 가스 공급 공정(S135)]
계속해서, 반응 가스 공급 공정(S135)에서는, 제1 실시 형태에 따른 반응 가스 공급 공정(S33)과 거의 같은 처리 순서 및 처리 조건에 의해 처리실(201) 내에 오존 가스를 공급한다. 반응 가스 노즐(233b)로부터 처리실(201) 내에 공급된 오존 가스는, 도 5에 도시하는 원료 가스와 마찬가지로 반응 가스 분출구(248b)로부터 가스 배기구(204a)를 향하는 수평 방향의 가스류(10)가 되고, 배기관(231)로부터 배기된다. 그 때, 적층된 각 웨이퍼(200)에 오존 가스가 공급되고, 오존 가스는, 각 웨이퍼(200) 상의 Al함유층(500a)을 산화시켜서, 산화 알루미늄층(500b)이 형성된다(도 7c). 또한, 반응 가스 노즐(233b)은, 전술한 바와 같이 다공식 롱 노즐로서 구성되어 있기 때문에, 웨이퍼(200)로의 오존 가스의 공급량은 웨이퍼(200)사이에서 균등해진다.
[배기 공정(S136)]
계속해서, 배기 공정(S136)에서는, 제1 실시 형태에 따른 배기 공정(S34)과 동일한 처리 순서 및 처리 조건에 의해 처리실(201) 내를 퍼지한다. 배기 공정(S136)을 수행하는 것에 의해, 도 11a에 도시하는 바와 같이 반응 가스 공급 공정(S135)에서 공급된 오존 가스와, 다음 사이클의 제1 원료 가스 공급 공정(S131)에서 공급되는 TMA가스가, 서로 혼합하지 않도록 하고 있다.
이후, 제1 원료 가스 공급 공정(S131)?배기 공정(S136)을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 실시하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 원하는 두께의 산화알루미늄 막(500, 도 7d)을 형성한다. 또한, 각 공정의 처리 조건으로서는, 예컨대 이하에 나타낸 바와 같은 조건으로 할 수 있다.
<제1 원료 가스 공급 공정(S131)의 처리 조건>
처리 압력: 20?100Pa, 바람직하게는 50Pa,
캐리어 가스(Ar가스)의 유량: 0.1?2slm, 바람직하게는 0.5slm,
유량 조정 가스(N2가스)의 유량: 1?5slm, 바람직하게는 3slm,
처리 온도: 450℃?650℃, 바람직하게는 550℃,
실시 시간: 2?10초, 바람직하게는 5초
<제2 원료 가스 공급 공정(S133)의 처리 조건>
처리 압력: 50?200Pa, 바람직하게는 120Pa,
캐리어 가스(Ar가스)의 유량: 0.1?2slm, 바람직하게는 0.5slm,
유량 조정 가스(N2가스)의 유량: 10?30slm, 바람직하게는 20slm,
처리 온도: 450℃?650℃, 바람직하게는 550℃,
실시 시간: 2?10초, 바람직하게는 5초
<반응 가스 공급 공정(S135)의 처리 조건>
처리 압력: 50?200Pa, 바람직하게는 70Pa,
반응 가스(오존 가스)의 유량: 3?20slm, 바람직하게는 6slm,
희석 가스(N2가스)의 유량:0?2slm, 바람직하게는 0.5slm,
처리 온도: 450℃?650℃, 바람직하게는 550℃,
실시 시간: 10?60초, 바람직하게는 20초
<배기 공정(S132, S134, S136)의 처리 조건>
처리 압력: 50?200Pa, 바람직하게는 100Pa,
유량 조정 가스(N2가스)의 유량(제1 불활성 가스 공급관): 1?10slm, 바람직하게는 5slm,
유량 조정 가스(N2가스)의 유량(제2 불활성 가스 공급관): 1?10slm, 바람직하게는 5slm,
처리 온도: 450℃?650℃, 바람직하게는 550℃,
실시 시간: 5?60초, 바람직하게는 10초
또한, 전술한 실시 형태에서는, 제1 유속으로 TMA가스를 공급한 후, 제1의 유속보다도 큰 제2 유속으로 TMA가스를 공급하고 있으나, 본 실시 형태는 이러한 경우에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 12b에 도시되는 바와 같이, 제2 유속으로 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급한 후, 제2 유속보다도 작은 제1 유속으로 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하도록 해도 좋다.
또한, 전술한 실시 형태에서는, TMA가스의 유속을 제1 유속, 제2 유속의 2단계로 절체하면서 처리실(201) 내의 2개의 영역에 TMA가스를 순차적으로 공급하고 있지만, 본 실시 형태는 이러한 경우에 한정되지 않는다. 예컨대, TMA가스의 유속을 3단계 이상으로 절체하면서, 처리실(201) 내의 3개 이상의 영역에 TMA가스를 순차적으로 공급하도록 해도 좋다. 유속의 단계를 늘리는 것으로, 1 사이클 전체로 보았을 때의 TMA가스 공급량을 웨이퍼(200) 사이에서 더욱 균일화할 수 있다.
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태에 따른 효과에 더하여, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 본 실시 형태에 의하면, 제1 유속으로 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 국소적으로 공급하는 제1 원료 가스 공급 공정(S131)과, 제1 유속보다 큰 제2 유속으로 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 국소적으로 공급하는 제2 원료 가스 공급 공정(S133)을, 사이클마다 순차적으로 실시하도록 하고 있다. 즉, 1회의 원료 가스 공급 공정으로 모든 웨이퍼(200)에 대하여 TMA가스를 균등하게 공급하고자 하는 것이 아니고, 1회의 원료 가스 공급 공정에서는 의도적으로 일부의 웨이퍼(200)에만 TMA가스가 국소적으로 공급되도록 하면서, 그 후, 유속을 다르게 하는 것으로 TMA가스가 주로 공급되는 장소를 절체하도록 하면서, 사이클마다 복수의 원료 가스 공급 공정을 순차적으로 실시하도록 하고 있다. 이에 의해, 원료 가스 노즐(233a)을 쇼트 노즐로서 구성하였다고 해도, 1사이클 전체로 보았을 때의 TMA가스의 공급량을 웨이퍼(200)사이에서 균일화시킬 수 있다. 그리고, 웨이퍼(200) 사이에서의 산화알루미늄 막(500)의 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
(b) 본 실시 형태에 의하면, 제1 원료 가스 공급 공정(S131)과 제2 원료 가스 공급 공정(S133)에서 TMA가스 및 Ar가스의 유량을 각각 일정으로 하면서, 유량조정 가스로서의 N2가스의 유량만을 다르게 하는 것으로, TMA가스의 유속을 변화시키고 있다. 이에 의해, TMA가스의 유속의 절체에 따른 제어가 간략화된다.
(c) 또한, 본 실시 형태에 의하면, TMA가스 및 Ar가스의 유량을 각각 일정하게 하면서, TMA가스 유량 조정 가스로서의 N2가스의 유량을 다르게 하는 것만으로, TMA가스의 유속을 변화시키고 있다. 즉, 각 웨이퍼(200)로의 TMA가스의 공급량은, 제1 원료 가스 공급 공정(S131)과 제2 원료 가스 공급 공정(S133)에서 균등해진다. 그 때문에, 제1 원료 가스 공급 공정(S131) 및 제2 원료 가스 공급 공정(S133)의 처리 시간이나 실시 횟수를 각각 맞추는 것으로, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 Al함유층(500a)의 두께, 즉, 산화알루미늄 막(500)의 두께를, 웨이퍼(200)사이에서 용이하게 균일화할 수 있다.
<본 발명의 제3 실시 형태>
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 제3 실시 형태는, 제1 유속에서의 처리실(201) 내로의 TMA가스의 공급 처리를 실시한 후, 제2 유속에서의 처리실(201) 내로의의 TMA가스의 공급 처리를 실시하기 전에, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급 처리를 수행하도록 한 점이 제2 실시 형태와는 다르다. 즉, 본 실시 형태에서는, 다른 유속으로 처리실(201) 내에 TMA가스를 공급할 때마다, 처리실(201) 내에 오존 가스를 공급하여 웨이퍼(200) 상의 Al함유층(500a)을 산화한다. 본 실시 형태는, 반응 가스가 열분하기 쉬운 성질을 가지는 경우에는, 특히 유효하다. 즉, 반응 가스 노즐(233b)을 원료 가스 노즐(233a)과 마찬가지로 쇼트 노즐로서 구성한 경우에 특히 유효하다. 즉, 이하에서는, 제1, 제2 실시 형태와 중복하는 내용을 적절히 생략하면서 설명한다.
(1) 처리로의 구성
본 실시 형태에 있어서는, 제어부로서의 컨트롤러(280)는, 제1 유속으로 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200)로의 TMA가스의 공급 처리와, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급 처리와, 제1 유속보다도 큰 제2 유속으로 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)로의 TMA가스의 공급 처리와, 처리실(201) 내로의 오존 가스의 공급 처리를 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되고 있다.
또한, TMA가스의 유속의 절체는, 제2 실시 형태와 거의 동일한 수법으로 수행할 수 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음에, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대해서 설명한다. 도 14는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우 챠트이다. 도 15는, 본 실시 형태의 가스 공급에 따른 타이밍 차트이다. 이들의 도면을 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대해서 설명한다.
본 실시 형태의 기판 처리 공정에서는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 기판 반입 공정(S10), 감압?승온 공정(S20), 산화알루미늄 막 형성 공정(S230), 대기압 복귀 공정(S40), 기판 반출 공정(S50)을 실시한다. 또한, 산화알루미늄 막 형성 공정(S230) 이외의 공정은, 제1, 제2 실시 형태와 동일한 처리 순서 및 처리 조건으로 수행하므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
[산화알루미늄 막 형성 공정(S230)]
본 실시 형태에서는, 이하에 나타내는 제1 원료 가스 공급 공정(S231)?배기 공정(S238)을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 원하는 두께의 산화알루미늄 막(500)을 형성한다.
<제1 원료 가스 공급 공정(S231)>
제1 원료 가스 공급 공정(S231)에서는, 제2 실시 형태의 제1 원료 가스 공급 공정(S131)과 거의 동일한 순서 및 처리 조건에 의해, 제1 유속으로 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하고(도 11a를 참조), 웨이퍼(200) 상에 도 7b에 도시하는 Al함유층(500a)을 형성한다.
<배기 공정(S232)>
계속해서, 배기 공정(S232)에서는, 제1 실시 형태에 따른 배기 공정(S32)과 거의 동일한 처리 순서 및 처리 조건에 의해 처리실(201) 내를 퍼지한다. 배기 공정(S232)을 수행하는 것에 의해, 도 15a에 도시하는 바와 같이, 제1 원료 가스 공급 공정(S231)로 공급한 TMA가스와, 후술하는 반응 가스 공급 공정(S233)에서 공급하는 오존 가스가, 서로 혼합하지 않도록 하고 있다.
<반응 가스 공급 공정(S233)>
계속해서, 반응 가스 공급 공정(S233)에서는, 제1 실시 형태에 따른 반응 가스 공급 공정(S33)과 거의 동일한 순서 및 처리 조건에 기초하여 처리실(201) 내에 오존 가스를 공급하고, 웨이퍼(200) 상의 Al함유층(500a)을 산화시켜, 웨이퍼(200)상에 도 7c에 도시하는 산화알루미늄층(500b)을 형성한다. 또한, 반응 가스 노즐(233b)을 원료 가스 노즐(233a)과 마찬가지로 쇼트 노즐로서 구성한 경우에는, 제2 불활성 가스 공급관(240h)으로부터의 N2가스(유량 조정 가스)의 유량이나 오존 가스의 유량을 조정하는 것 등에 의해 오존 가스의 유속을 조정하여, 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼[200, 제1 원료 가스 공급 공정(S231)에서 TMA가스가 공급된 웨이퍼(200)]에 오존 가스가 공급되도록 하면 좋다.
<배기 공정(S234)>
계속해서, 배기 공정(S234)에서는, 제1 실시 형태에 따른 배기 공정(S34)과 거의 동일한 처리 순서 및 처리 조건에 의해 처리실(201) 내를 퍼지한다. 배기 공정(S234)을 수행하는 것에 의해, 도 15a에 도시하는 바와 같이, 반응 가스 공급 공정(S233)에서 공급한 오존 가스와, 후술하는 제1 원료 가스 공급 공정(S231)에서 공급하는 TMA가스가, 서로 혼합하지 않도록 하고 있다.
<제2 원료 가스 공급 공정(S235)>
계속해서, 제2 원료 가스 공급 공정(S235)에서는, 제2 실시 형태의 제2 원료 가스 공급 공정(S133)과 거의 동일한 순서 및 처리 조건에 의해, 제2 유속으로 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하여(도 11b를 참조), 웨이퍼(200) 상에 도 7b에 도시하는 Al함유층(500a)을 형성한다. 이 때, TMA가스의 유량은 공정(S231)과 공정(S235)에서 변경되어 있지 않기 때문에, 웨이퍼(200)로의 TMA가스의 공급량은, 공정(S231)과 공정(S235)에서 균등해진다. 그 때문에, 공정(S231) 및 공정(S235)의 처리 시간을 맞추는 것으로, 웨이퍼(200)상에 형성되는 Al함유층(500a)의 두께를, 웨이퍼(200)사이에서 균일화할 수 있다.
<배기 공정(S236)>
계속해서, 배기 공정(S236)에서는, 제1 실시 형태에 따른 배기 공정(S34)과 거의 동일한 처리 순서 및 처리 조건에 의해 처리실(201) 내를 퍼지한다. 배기 공정(S236)을 수행하는 것에 의해, 도 15a에 도시하는 바와 같이, 제2 원료 가스 공급 공정(S235)에서 공급한 TMA가스와, 후술하는 반응 가스 공급 공정(S237)에서 공급하는 오존 가스가, 서로 혼합하지 않도록 하고 있다.
<반응 가스 공급 공정(S237)>
계속해서, 반응 가스 공급 공정(S237)에서는, 제1 실시 형태에 따른 반응 가스 공급 공정(S33)과 거의 동일한 순서 및 처리 조건에 의해 처리실(201) 내에 오존 가스를 공급하고, 웨이퍼(200) 상의 Al함유층(500a)을 산화시켜, 웨이퍼(200) 상에 도 7c에 도시하는 산화알루미늄층(500b)을 형성한다. 또한, 반응 가스 노즐(233b)을 원료 가스 노즐(233a)과 마찬가지로 쇼트 노즐로서 구성한 경우에는, 반응 가스 공급 공정(S233)과 마찬가지로 오존 가스의 유속을 조정하여, 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)[제2 원료 가스 공급 공정(S235)에서 TMA가스가 공급된 웨이퍼(200)]에 오존 가스가 공급되도록 하면 좋다.
<배기 공정(S238)>
계속해서, 배기 공정(S238)에서는, 제1 실시 형태에 따른 배기 공정(S34)과 거의 동일한 처리 순서 및 처리 조건에 의해 처리실(201) 내를 퍼지한다. 배기 공정(S238)을 수행하는 것에 의해, 도 15a에 도시하는 바와 같이, 반응 가스 공급 공정(S237)에서 공급한 오존 가스와, 다음 사이클의 제1 원료 가스 공급 공정(S231)로 공급하는 TMA가스가, 서로 혼합하지 않도록 하고 있다.
또한, 전술의 실시 형태에 있어서도, 제2 유속으로 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급한 후, 제2 유속보다도 작은 제1 유속으로 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하도록 해도 좋다. 또한, TMA가스의 유속을 3단계 이상으로 바꾸면서, 처리실(201) 내의 3개 이상의 영역에 TMA가스를 순차적으로 공급하도록 해도 좋다.
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 의하면, 제1, 제2 실시 형태에 따른 효과에 더하여, 이하에 나타내는 효과를 갖는다.
본 실시 형태에서는, 제1 원료 가스 공급 공정(S231)에서 주로 보트(217)의 하부 측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급한 후, 반응 가스 공급 공정(S233)에서 처리실(201) 내에 오존 가스를 공급하고, 그 후, 제2 원료 가스 공급 공정(S235)에서 주로 보트(217)의 상부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하도록 하고 있다. 이에 의해, 특히 제1 원료 가스 공급 공정(S231)에 있어서 TMA가스가 공급되는 영역과, 제2 원료 가스 공급 공정(S235)에 있어서 TMA가스가 공급되는 영역의 경계 부근의 웨이퍼(200)에서는, 막 두께가 두꺼워지기 전에 Al함유층(500a)은 산화되므로, 산화 얼룩을 억제하고, 산화알루미늄층(500b)에 있어서의 막질의 차이를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태는, 반응 가스가 열분해 하기 쉬운 성질을 가지는 경우에는 특히 유효하다. 즉, 반응 가스의 열분해를 피하기 위해서, 반응 가스 노즐(233b)을 원료 가스 노즐(233a)과 마찬가지로 쇼트 노즐로서 구성한 경우라도, 반응 가스 공급 공정(S233) 및 반응 가스 공급 공정(S237)에서 반응 가스의 유속을 서로 다르게 하는 것으로, 원료 가스와 마찬가지로 1 사이클 전체로 보았을 때의 반응 가스 공급량을 웨이퍼(200) 사이에서 균일화시킬 수 있다.
<본 발명의 제4 실시 형태>
전술의 실시 형태에서는, TMA가스의 유량, Ar가스(캐리어 가스)를 각각 일정하게 하면서, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터 공급되는 N2가스(유속 조정 가스)의 유량을 다르게 하는 것에 의해, TMA가스의 유속을 제1 유속과 제2 유속으로 절체하고 있었다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 실시 형태와 같이, 제1 불활성 가스 공급관(240g)으로부터 공급되는 N2가스(유속 조정 가스)의 유량을 일정하게 하면서(또는 공급하지 않고), TMA가스 자체의 유량을 바꾸는 것으로, TMA가스의 유속을 제1 유속과 제2 유속으로 절체하도록 해도 좋다. 예컨대, 처리실(201) 내의 하부 측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하는 경우에는 TMA가스의 유량을 적게 하여 TMA가스의 유속을 작게(제1 유속)하고, 처리실(201) 내의 상부 측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하는 경우에는, TMA가스의 유량을 많게 하여 TMA가스의 유속을 크게(제2 유속) 하면 좋다.
또한, TMA가스 자체의 유량을 바꾸면, 처리실(201) 내로의 TMA가스의 공급량, 즉 웨이퍼(200)로의 TMA가스의 공급량도 변화해 버린다. 그 때문에, TMA가스 자체의 유량을 바꾸는 것으로 TMA가스의 유속을 바꾸는 경우에는, 1 사이클당 TMA가스의 공급 시간이나 공급 횟수를 조정하면 좋다. 예컨대, TMA가스 자체의 유량을 늘리는 것으로 TMA가스의 유속을 크게 한 경우에는, TMA가스의 공급 시간이나 공급 횟수를 줄이면 좋다. 마찬가지로, TMA가스 자체의 유량을 절감하는 것으로 TMA가스의 유속을 작게 한 경우에는, TMA가스의 공급 시간이나 공급 횟수를 늘리면 좋다.
<본 발명의 제5 실시 형태>
TMA가스의 유속은, 가스 분사구의 구경에 의해서도 조정할 수 있다. 예컨대, 가스 분사구의 구경이 넓으면 처리실(201) 내에 공급되는 TMA가스의 유속은 늦어지고, 가스 분사구의 구경이 좁으면 처리실(201) 내에 공급되는 TMA가스의 유속은 빨라진다. 그로부터, 본 실시 형태에서는, 노즐 수용부(201a) 내에 있어서의 가스 분사구의 높이 위치를 맞추면서, 웨이퍼(200)의 수용 예정 영역보다도 하방의 노즐 수용부(201a) 내의 소정 위치에, 가스 분사구의 구경(口逕)이 다른 복수의 원료 가스 노즐을 구비하도록 하고 있다. 가스 분사구의 구경이 큰 원료 가스 노즐은, 제1 유속으로 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이에 대하여, 가스 분사구의 구경이 작은 원료 가스 노즐은, 제2 유속으로 주로 처리실(201) 내의 상부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하도록 구성되어 있다.
본 실시 형태에서는, N2가스(유량 조정 가스)나 TMA가스의 유량을 변화시키지 않고, TMA가스의 유속을 조정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 원료 가스 노즐의 상류단은, 예컨대, 복수 개로 분기된 원료 가스 공급관(240a)의 하류단에 각각 접속되도록 하면 좋다. 그 경우, 원료 가스 노즐에 접속되는 원료 가스 공급관(240a)의 각 분기 부분에, 개폐 밸브를 각각 설치하도록 하면 좋다. 또한, 원료 가스 노즐의 개폐 밸브는, 컨트롤러(280)에 의해 개폐 동작이 제어되도록 하면 좋다. 이러한 구성으로 하면, 원료 가스 공급관(240a)으로부터 공급되는 TMA가스의 유속을, 원료 가스 노즐의 개폐 밸브의 개폐 동작만으로 절체하는 것이 가능해진다. 이에 따라, TMA가스의 유속에 따른 제어가 간략화된다.
<본 발명의 제6 실시 형태>
TMA가스의 유속은, 원료 가스 노즐의 길이(또는 노즐 내벽의 표면 거칠기)에 의해서도 조정할 수 있다. TMA가스는 원료 가스 노즐의 내벽과 마찰을 일으키면서 노즐 내를 유통하기 때문에, 예컨대, 원료 가스 노즐이 길면(또는 노즐 내벽의 표면 거칠기가 크면) 마찰이 커서, 처리실(201) 내에 공급되는 TMA가스의 유속은 늦어지고, 원료 가스 노즐이 짧으면(또는 노즐 내벽의 표면 거칠기가 작으면) 마찰이 작아서, 처리실(201) 내에 공급되는 TMA가스의 유속은 빨라진다. 그로부터, 본 실시 형태에서는, 노즐 수용부(201a) 내에 있어서의 가스 분사구의 높이 위치를 맞추면서, 웨이퍼(200)의 수용 예정 영역보다도 하방의 노즐 수용부(201a) 내의 소정 위치에, 길이가 다른(또는 노즐 내벽의 표면 거칠기가 다른) 복수의 원료 가스 노즐을 구비하도록 하고 있다. 긴 원료 가스 노즐(또는 내벽의 표면 거칠기가 큰 노즐)은, 제1 유속으로 주로 처리실(201) 내의 하부측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이에 대하여, 짧은 원료 가스 노즐(또는 내벽의 표면 거칠기가 작은 노즐)은, 제2 유속으로 주로 처리실(201) 내의 상부 측의 웨이퍼(200)에 TMA가스를 공급하도록 구성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서도, N2가스(유량 조정 가스)나 TMA가스의 유량을 변화시키지 않고, TMA가스의 유속을 조정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 복수의 원료 가스 노즐의 상류단은, 예컨대, 복수 개로 분기된 원료 가스 공급관(240a)의 하류단에 각각 접속되도록 하면 좋다. 그 경우, 원료 가스 노즐에 접속되는 원료 가스 공급관(240a)의 각 분기 부분에, 개폐 밸브를 각각 설치하도록 하면 좋다. 또한, 원료 가스 노즐의 개폐 밸브는, 컨트롤러(280)에 의해 개폐 동작이 제어되도록 하면 좋다. 이러한 구성으로 하면, 원료 가스 공급관(240a)으로부터 공급되는 TMA가스의 유속을, 원료 가스 노즐의 개폐 밸브의 개폐 동작만으로 절체하는 것이 가능해진다. 이에 의해, TMA가스의 유속에 따른 제어가 간략화된다.
<본 발명의 그 외의 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 변경이 가능하다.
전술한 실시 형태에서는, 처리실(201)이 노즐 수용부(201a)를 구비하고, 원료 가스 노즐(233a) 및 반응 가스 노즐(233b)의 수직부의 하류측이 노즐 수용부(201a) 내에 수용된 구성으로 되어 있었지만(도 4를 참조), 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되지 않는다. 도 16은, 본 발명의 그 외의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 프로세스 튜브의 횡단면도이며, 처리실(201) 내에 노즐 수용부(201a)가 설치되어 있지 않은 경우를 도시하고 있다. 이와 같이, 원료 가스 노즐(233a) 및 반응 가스 노즐(233b)은 보트[217, 웨이퍼(200)]의 바로 근처에 배설된 구성이여도 좋다.
전술한 실시 형태에서는 액체 원료로서 예컨대 알루미늄 원자를 함유하는 TMA를 이용했으나, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 액체 원료로서 Si원자, Hf원자, Zr원자, Al원자, Ta원자, Ti원자, Ru원자, Ir원자, Ge원자, Sb원자, Te원자 중 어느 것을 포함하는 다른 유기 화합물 또는 염화물을 이용해도 좋다. 또한, 제1 원료 가스로서 TMA를 기화시킨 TMA가스를 이용하는 경우에 한정되지 않고, Si원자, Hf원자, Zr원자, Al원자, Ta원자, Ti원자, Ru원자, Ir원자, Ge원자, Sb원자, Te원자 중 어느 것을 포함하는 유기 화합물 또는 염화물을 기화 또는 분해시킨 다른 가스를 이용해도 좋다.
전술한 실시 형태에서는, 반응 가스로서 오존 가스를 이용하여 산화막을 형성하였으나, 이 이외에도, 예컨대, O2가스나 H2O가스 등의 산화제를 이용하여 산화막을 형성하도록 해도 좋다. 또한, 반응 가스로서, 예컨대, 암모니아 가스, N2가스, N2O, NO2등의 질화제를 이용하여 질화막을 형성하도록 해도 좋다.
전술한 실시 형태에서는, 웨이퍼(200) 상에 산화알루미늄 막을 형성하는 경우에 대해서 설명했으나, 기타, Hf산화막, Si산화막, Al산화막, Ta산화막, Ti산화막, Ru산화막, Ir산화막, Si질화막, AI질화막, Ti질화막, GeSbTe막 중 어느 것을 형성하는 경우에도 본 발명은 바람직하게 적용 가능하다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는, 전술하는 제2 실시 형태와 동일한 수법으로 웨이퍼 상에 산화알루미늄 막을 형성하였다. 도 18은, 본 실시예와 종래예를 대비시키면서, 노즐 내에 있어서의 분해물의 퇴적의 유무와, 산화알루미늄 막의 막 특성을 도시하는 도면이다. 또한, 이들의 산화알루미늄의 성막에 따른 가스 공급의 조건은, 도 13에 각각 도시되어 있다.
본 실시예의 제1 원료 가스 공급 공정에서는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 캐리어 가스로서의 Ar가스의 유량을 0.5slm로 하고 유량 조정 가스로서의 N2가스의 유량을 3slm으로 하였다. 제2 원료 가스 공급 공정에서는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 캐리어 가스로서의 Ar가스의 유량을 0.5slm로 하고 유량 조정 가스로서의 N2가스의 유량을 20slm로 하였다.
이에 대하여 종래예에서는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 캐리어 가스로서의 Ar가스의 유량을 0.5slm로 하고 N2가스의 유량을 15slm으로 하였다.
도 18에서는, 산화알루미늄 막의 막 두께, 막 두께의 면내 균일성, 막 두께의 웨이퍼간 균일성 및 막 중의 불순물의 양의 막 특성 및 원료 가스 노즐 내에 있어서의 분해물의 퇴적의 유무가, 실시예와 종래예를 대비하여 도시되어 있다.
처리 온도를 380℃로부터 550℃로 올려서 성막을 수행한 경우, 실시예에서는, 원료 가스 노즐 내에 TMA가스의 분해물은 퇴적하지 않았다. 이에 대하여, 종래 예에서는, 원료 가스 노즐 내에 TMA가스의 분해물이 퇴적하고 있었다.
또한, 실시예에서는, 550℃로 성막을 수행한 경우라도, 웨이퍼 간의 막 두께 균일성은 ±1.1%가 되었다. 이에 대하여 종래예에서는, 처리 온도를 380℃에서 550℃로 올려서 성막을 수행한 경우, 웨이퍼면 간의 막 두께 균일성은, ±1%이었던 것이 ±4.1%로 저하하여, 웨이퍼 간에 있어서의 막 두께의 차이가 커졌다. 따라서, 실시예에서는, 처리 온도를 550℃로 상승시킨 것에도 불구하고, 웨이퍼면 간의 막 두께 균일성은 380℃로 수행한 종래예와 거의 동등하였다.
또한, 실시예에서는 웨이퍼면에 부착되는 이물질 수가 59개였다. 이에 대하여 종래예에서는, 처리 온도를 380℃에서 550℃로 올려서 성막을 수행한 경우, 웨이퍼면에 부착되는 이물질 수가 30개였던 것이 최대 500개까지 증대하였다. 따라서, 처리 온도를 상승시킨 것에도 불구하고, 웨이퍼 면에 부착되는 이물질 수의 증가를 억제할 수 있었다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대해서 부기(付記)한다.
[부기 1]
본 발명의 제1 형태는,
복수 매의 기판을 수평 자세로 적층한 상태에서 수용하는 처리실;
상기 처리실의 외측에 설치되고, 상기 처리실 내를 가열하는 가열 유닛;
제1 처리 가스를 공급하는 원료 가스 공급 유닛;
상기 원료 가스 공급 유닛과 접속되고, 상기 원료 가스 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 원료 가스 노즐;
상기 처리실 내를 실질적으로 수평 방향으로 배기하는 배기 유닛; 및
적어도 상기 가열 유닛, 상기 원료 가스 공급 유닛, 상기 배기 유닛을 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 원료 가스 노즐은, 상기 처리실 내의 온도가 상기 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실 내의 소정 위치에 배설되어 있는 기판 처리 장치이다.
[부기 2]
본 발명의 제2 형태는,
복수 매의 기판을 수평 자세로 적층한 상태에서 수용하는 처리실;
상기 처리실의 외측에 설치되고, 상기 처리실 내를 가열하는 가열 유닛;
제1 처리 가스를 공급하는 원료 가스 공급 유닛;
상기 원료 가스 공급 유닛과 접속되고, 상기 원료 가스 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 원료 가스 노즐;
상기 처리실 내를 실질적으로 수평 방향으로 배기하는 배기 유닛; 및
적어도 상기 가열 유닛, 상기 원료 가스 공급 유닛, 상기 배기 유닛을 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 원료 가스 노즐은, 상기 처리실 내의 온도가 상기 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실 내의 소정 위치에 배설되고,
상기 제어부는, 다른 유속으로 서로 혼합시키지 않도록 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되어 있는 기판 처리 장치이다.
[부기 3]
바람직하게는,
제2 처리 가스를 공급하는 반응 가스 공급 유닛; 및
상기 반응 가스 공급 유닛과 접속되고, 상기 기판의 적층 방향을 따라 상기 처리실 내에 배설되고, 상기 반응 가스 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 노즐;
을 포함하고,
상기 제어부는, 제1 유속에서 상기 처리실 내로 상기 제1 처리 가스의 공급 처리와, 상기 제1 유속과는 다른 제2 유속에서 상기 처리실 내로의 상기 제1 처리 가스의 공급 처리와, 상기 처리실 내로의 상기 제2 처리 가스의 공급 처리를 1 사이클로 하고, 상기 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되어 있다.
[부기 4]
본 발명의 제3 형태는,
복수 매의 기판을 수평 자세로 적층한 상태에서 수용하는 처리실;
상기 처리실의 외측에 설치되고, 상기 처리실 내를 가열하는 가열 유닛;
제1 처리 가스를 공급하는 원료 가스 공급 유닛;
상기 원료 가스 공급 유닛과 접속되고, 상기 원료 가스 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 원료 가스 노즐;
상기 처리실 내를 실질적으로 수평 방향으로 배기하는 배기 유닛; 및
적어도 상기 가열 유닛, 상기 원료 가스 공급 유닛, 상기 배기 유닛을 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 원료 가스 노즐은, 상기 처리실 내의 온도가 상기 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높을 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실의 하부가 있는 소정 위치에 배설되는 것과 함께, 상기 처리실의 상부를 향하여 상기 제1 처리 가스를 공급하도록 원료 가스 분출구가 개설되고,
상기 제어부는, 제1 유속에서 상기 복수 매의 기판 중 상기 처리실의 하부측에 수용되는 기판으로의 상기 제1 처리 가스의 공급 처리와, 상기 제1 유속보다도 큰 제2 유속에서 상기 복수 매의 기판 중 상기 처리실의 하부측에 수용되는 기판 이외의 상기 처리실의 상부측에 수용되는 기판으로의 상기 제1 처리 가스의 공급 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되어 있는 기판 처리 장치이다.
[부기 5]
본 발명의 제4 형태는,
복수 매의 기판을 수평 자세로 적층한 상태에서 수용하는 처리실을 내부 공간에 구성하는 이너 튜브;
상기 이너 튜브를 둘러싸는 아우터 튜브;
상기 아우터 튜브의 외측에 설치되고, 상기 처리실 내를 가열하는 가열 유닛;
제1 처리 가스를 공급하는 원료 가스 공급 유닛;
상기 원료 가스 공급 유닛과 접속되고, 상기 원료 가스 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 제1 처리 가스를 원료 가스 공급구를 개재하여 상기 처리실 내에 공급하는 원료 가스 노즐;
상기 이너 튜브의 측벽에 개설된 가스 배기구;
상기 아우터 튜브와 상기 이너 튜브를 사이에 둔 공간을 배기하고, 상기 원료 가스 분출구로부터 상기 가스 배기구를 향하는 실질적으로 수평 방향의 가스류를 생성시키면서 상기 처리실 내를 배기하는 배기 유닛; 및
적어도 상기 가열 유닛, 상기 원료 가스 공급 유닛, 상기 배기 유닛을 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 원료 가스 노즐은, 상기 처리실 내의 온도가 상기 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실의 하부가 있는 소정 위치에 배설되는 것과 함께, 상기 처리실의 상부를 향하여 상기 제1 처리 가스를 공급하도록 상기 원료 가스 분출구가 개설되고,
상기 제어부는, 제1 유속에서 상기 복수 매의 기판 중 상기 처리실의 하부측에 수용되는 기판으로의 상기 제1 처리 가스의 공급 처리와, 상기 제1 유속보다도 큰 제2 유속에서 상기 복수 매의 기판 중 상기 처리실의 하부측에 수용되는 기판 이외의 상기 처리실의 상부측에 수용되는 기판으로의 상기 제1 처리 가스의 공급 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되어 있는 기판 처리 장치이다.
[부기 6]
바람직하게는,
제2 처리 가스를 공급하는 반응 가스 공급 유닛; 및
상기 반응 가스 공급 유닛과 접속되고, 상기 기판의 적층 방향을 따라 상기 처리실 내에 배설되고, 상기 반응 가스 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 노즐;
을 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1 유속에서의 상기 제1 처리 가스의 공급 처리와, 상기 제2 유속에서의 상기 제1 처리 가스의 공급 처리, 상기 제2 처리 가스의 공급 처리를 1 사이클로 하고 상기 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되어 있다.
[부기 7]
또한, 바람직하게는,
상기 원료 가스 노즐에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급관이 접속되고,
상기 제어부는, 상기 불활성 가스의 유량을 변화시키는 것으로 상기 제1 처리 가스의 유속을 상기 제1 유속과 상기 제2 유속으로 다르게 하도록 구성되고 있다.
[부기 8]
또한, 바람직하게는,
상기 제어부는,
상기 제1 처리 가스의 유량을 변화시키는 것에 의해 상기 제1 처리 가스의 유속을 상기 제1 유속과 제2 유속으로 다르게 하는 것과 함께,
상기 제1 유속에 의한 상기 제1 처리 가스의 공급 처리를 상기 제2 유속에 의한 상기 제1 처리 가스의 공급 처리보다도 장시간 실시시키도록 구성되어 있다.
[부기 9]
또한, 바람직하게는,
상기 제어부는,
상기 제1 처리 가스의 유량을 변화시키는 것에 의해 상기 제1 처리 가스의 유속을 다르게 하는 것과 함께,
상기 제1 유속에서 상기 제1 처리 가스의 공급 처리를 소정 횟수 실시시키는 처리; 및
상기 제1 유속의 경우보다도 적은 회수로 상기 제2 유량에서 상기 제1 처리 가스의 공급 처리를 소정 횟수 실시시키는 처리;를 적어도 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되어 있다.
[부기 10]
또한, 바람직하게는,
상기 처리실 내의 상기 소정 위치에, 상기 가스 분사구의 구경이 다른 복수의 상기 원료 가스 노즐을 구비한다.
[부기 11]
또한, 바람직하게는,
상기 처리실의 상기 소정 위치에, 길이가 다른 복수의 상기 원료 가스 노즐을 구비한다.
[부기 12]
본 발명의 제5 형태는,
수평 자세로 적층된 복수 매의 기판을 처리실 내에 수용하는 기판 반입 공정;
상기 처리실 내의 온도가 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실 내의 소정 위치에 배설된 원료 가스 노즐로부터, 제1 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급 공정;
상기 원료 가스 노즐로부터, 상기 제1 유속과는 다른 제2 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급 공정;
상기 기판의 적층 방향을 따라 상기 처리실 내에 배설된 반응 가스 노즐로부터, 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 공정;
상기 처리실 내를 실질적으로 수평 방향으로 배기하는 배기 공정; 및
처리가 완료된 상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 기판 반출 공정;을 포함하고,
상기 제1 원료 가스 공급 공정과, 상기 제2 원료 가스 공급 공정과, 상기 반응 가스 공급 공정을 1 사이클로 하고 상기 사이클을 소정 횟수 실시하여 상기 기판 상에 소정의 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
[부기 13]
본 발명의 제6 형태는,
수평 자세로 적층된 복수 매의 기판을 처리실 내에 수용하는 기판 반입 공정;
상기 처리실 내의 온도가 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실의 하부가 있는 소정 위치에 배설되는 것과 함께, 상기 처리실의 상부를 향하여 원료 가스 분출구가 개설된 원료 가스 노즐로부터, 제1 유속으로 상기 처리실의 하부측에 수용되는 상기 기판에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급 공정;
상기 원료 가스 노즐로부터, 상기 제1 유속보다도 큰 제2 유속으로 상기 처리실의 상부 측에 수용되는 그 이외의 상기 기판에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제2의 원료 가스 공급 공정;
상기 기판의 적층 방향을 따라 상기 처리실 내에 배설된 반응 가스 노즐로부터, 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 공정;
상기 처리실 내를 실질적으로 수평 방향으로 배기하는 배기 공정; 및
처리가 완료된 상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 기판 반출 공정;을 포함하고,
상기 제1 원료 가스 공급 공정과, 상기 제2 원료 가스 공급 공정과, 상기 반응 가스 공급 공정을 1 사이클로 하고 상기 사이클을 소정 횟수 실시하여 상기 기판 상에 소정의 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
[부기 14]
본 발명의 제7 형태는,
수평 자세로 적층된 복수 매의 기판을 이너 튜브의 내부에 구성되는 처리실 내에 수용하는 기판 반입 공정;
상기 처리실 내의 온도가 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실의 하부가 있는 소정 위치에 배설되는 것과 함께, 상기 처리실의 상부를 향하여 원료 가스 분출구가 개설된 원료 가스 노즐로부터, 제1 유속으로 상기 처리실의 하부측에 수용되는 상기 기판에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급 공정;
상기 원료 가스 노즐로부터, 상기 제1의 유속보다도 큰 제2 유속으로 상기 처리실의 상부측에 수용되는 그 이외의 상기 기판에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급 공정;
상기 기판의 적층 방향을 따라 상기 처리실 내에 배설된 반응 가스 노즐로부터, 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 공정;
상기 이너 튜브의 측벽에 가스 배기구가 개설되고, 상기 이너 튜브를 둘러싸는 아우터 튜브와 상기 이너 튜브를 사이에 둔 공간을 배기하여 상기 원료 가스 분출구로부터 상기 가스 배기구를 향하는 실질적으로 수평 방향의 가스류를 생성시키면서 상기 처리실 내를 배기하는 배기 공정; 및
처리가 완료한 상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 기판 반출 공정;를 포함하고,
상기 제1 원료 가스 공급 공정과, 상기 제2 원료 가스 공급 공정과, 상기 반응 가스 공급 공정을 1 사이클로 하고 상기 사이클을 소정 횟수 실시하여 상기 기판위로 소정의 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
[부기 15]
바람직하게는,
상기 제1 원료 가스 공급 공정에서는, 상기 원료 가스 노즐에 접속된 불활성 가스 공급관으로부터의 불활성 가스와 함께 상기 제1 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하고,
상기 제2 원료 가스 공급 공정에서는, 상기 제1 원료 가스 공급 공정보다도 유량을 늘린 상기 불활성 가스와 함께 상기 제2 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급한다.
[부기 16]
또한, 바람직하게는,
상기 제1 처리 가스의 유량을 변화시키는 것에 의해 상기 제1 원료 가스 공급 공정과 상기 제2 원료 가스 공급 공정에서 상기 제1 처리 가스의 유속을 다르게 하는 것과 함께,
상기 제1 원료 가스 공급 공정을 상기 제2 원료 가스 공급 공정보다도 장시간 실시한다.
[부기 17]
또한, 바람직하게는,
상기 제1 처리 가스의 유량을 변화시키는 것에 의해 상기 제1 원료 가스 공급 공정과 상기 제2 원료 가스 공급 공정에서 상기 제1 처리 가스의 유속을 다르게 하는 것과 함께,
상기 제1 원료 가스 공급 공정을 소정 횟수 실시하고,
상기 제1 원료 가스 공급 공정보다도 적은 횟수로 상기 제2 원료 가스 공급 공정을 소정 횟수 실시하는 사이클을 소정 횟수 실시한다.
[부기 18]
본 발명의 제8 형태는,
적층된 기판을 수용하는 처리실 내의 온도가 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실 내의 소정 위치에 배설된 원료 가스 노즐로부터 제1 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급 공정; 상기 원료 가스 노즐로부터 상기 제1의 유속과는 다른 제2 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제2의 원료 가스 공급 공정; 및 상기 기판의 적층 방향을 따라 상기 처리실 내에 배설된 반응 가스 노즐로부터 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 공정;을 1 사이클로 하고 상기 사이클을 소정 횟수 실시하는 것에 의해 형성되는 소정의 막을 포함하는 반도체 장치이다.
200: 웨이퍼(기판) 201:처리실
207: 히터(가열 유닛) 233a: 원료 가스 노즐
280: 컨트롤러

Claims (5)

  1. 복수 매의 기판을 수평 자세로 적층한 상태에서 수용하는 처리실;
    상기 처리실의 외측에 설치되고, 상기 처리실 내를 가열하는 가열 유닛;
    제1 처리 가스를 공급하는 원료 가스 공급 유닛;
    상기 원료 가스 공급 유닛과 접속되고, 상기 원료 가스 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 원료 가스 노즐;
    상기 처리실 내를 실질적으로 수평 방향으로 배기하는 배기 유닛; 및
    적어도 상기 가열 유닛, 상기 원료 가스 공급 유닛, 상기 배기 유닛을 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 원료 가스 노즐은, 상기 처리실 내의 온도가 상기 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실 내의 소정 위치에 배설(配設)되고,
    상기 제어부는, 다른 유속으로 서로 혼합시키지 않도록 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내에 제2 처리 가스를 공급하는 반응 가스 공급 유닛; 및
    상기 반응 가스 공급 유닛에 접속되고, 상기 처리실 내에서 상기 기판의 적층 방향을 따라 배설된 반응 가스 노즐;
    을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 제1 유속으로 공급하는 공정과; 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 상기 제1 유속과는 다른 제2 유속으로 공급하는 공정; 및 상기 처리실 내에 상기 제2 처리 가스를 공급하는 공정;을 복수 회씩 수행하는 것에 의해서 상기 기판에 소정의 막을 형성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 수평 자세로 적층된 복수 매의 기판을 처리실 내에 수용하는 기판 반입 공정;
    상기 처리실 내의 온도가 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실 내의 소정 위치에 배설된 원료 가스 노즐로부터, 제1 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급 공정;
    상기 원료 가스 노즐로부터, 상기 제1 유속과는 다른 제2 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급 공정;
    상기 기판의 적층 방향을 따라 상기 처리실 내에 배설된 반응 가스 노즐로부터, 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 공정;
    상기 처리실 내를 실질적으로 수평 방향으로 배기하는 배기 공정; 및
    처리가 완료된 상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 기판 반출 공정;을 포함하고,
    상기 제1 원료 가스 공급 공정, 상기 제2 원료 가스 공급 공정, 상기 반응 가스 공급 공정을 1 사이클로 하고 상기 사이클을 소정 횟수 실시하여 상기 기판 상에 소정의 막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 적층된 복수 매의 기판을 수용하는 처리실 내의 온도가 제1 처리 가스의 열분해 온도보다도 높은 경우라도 내부에서 상기 제1 처리 가스가 분해하지 않는 상기 처리실 내의 소정 위치에 배설된 원료 가스 노즐로부터, 제1 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급 공정; 상기 원료 가스 노즐로부터 상기 제1 유속과는 다른 제2 유속으로 상기 처리실 내에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급 공정; 및 상기 기판의 적층 방향을 따라 상기 처리실 내에 배설된 반응 가스 노즐로부터 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반응 가스 공급 공정;을 1 사이클로 하고 상기 사이클을 소정 횟수 실시하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  5. 처리실 내에 수용된 기판의 적층 영역보다도 아래인 상기 처리실의 하부에 접속된 원료 가스 노즐로부터, 제1 유량으로 제1 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 제1 원료 가스 공급 공정;
    상기 원료 가스 노즐로부터, 상기 제1 유량과는 다른 제2 유량으로 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실에 공급하는 제2 원료 가스 공급 공정;
    제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급하는 반응 가스 노즐로서, 상기 기판의 적층 영역에 대응하도록 배설된 상기 반응 가스 노즐로부터 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급하는 반응 가스 공급 공정; 및
    상기 제1 처리 가스 또는 상기 제2 처리 가스를 상기 기판의 표면에 대하여 실질적으로 수평으로 배기하는 배기 공정
    을 포함하고,
    상기 제1 원료 가스 공급 공정, 상기 제2 원료 가스 공급 공정 및 상기 반응 가스 공급 공정을 복수 회 수행하여 상기 기판에 막을 형성하는 기판 처리 방법.
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